綜采工作面快速過高應力空巷支護技術

趙 龍

(霍州煤電集團有限責任公司辛置煤礦山西 031412)

隨著煤炭資源的開采利用,許多礦井可開采儲量日漸減少,為有效提高煤炭資源的開采利用效率,避免煤炭資源丟失浪費,盡可能延長工作面長度,使得綜采工作面的地質條件、系統布置日益復雜,這就要求我們在綜采過程中不斷革新開采技術,保證工作面的順利推進。辛置礦南區開采的2#煤工作面,2-109A 和2-109B 工作面平行布置,為縮短掘進周期,有效利用巷道,兩個工作面共用了副巷前半段,2-109B 工作面副巷的一段貫穿2-109A 工作面,在2-109A 工作面回采過程中需通過這條遺留空巷(2-109B工作面副巷的一段)。遺留空巷為矩形巷道,巷道長度52 m,巷道寬4.2 m,高度3.8 m,工作面處于高應力分布區,巷道密閉時間長,造成巷道壓力顯現,頂板離層下沉破碎,同時工作面在推進過程中,受采動壓力傳遞影響,更加劇了巷道支護難度,同時空巷底板標高低于煤層底板標高2 m,為保證工作面安全順利通過空巷,本文對采煤工藝和安全施工做了調整和準備,實現了高應力條件下快速安全通過老舊空巷。

1 概況

所回采的2-109A 工作面煤層穩定可采,結構復雜,平均厚度4.1 m,含兩層夾矸,其中第二層夾矸層位較穩定,厚度稍大,為低硫肥煤。工作面位于辛置煤礦南區310水平采區,北面距離2-105采空區70 m(已回采),南面距離2-111采空區160 m(已回采),東面緊鄰310水平采區軌道巷。工作面采用一次采全高走向長壁后退式綜合機械化采煤法,采空區采用全部垮落法處理,走向長度975 m,切巷長度52 m,采煤機采用型號為MG650/1630-WD,支架采用型號為ZY9000/24/45,循環進度0.8 m,空巷距停采線525 m。所過空巷為矩形巷道,長度52 m,副巷揭露處超前正巷5 米,巷道寬度4 m,高度3.8 m,原有支護為錨桿、錨索聯合支護方式,頂板和巷幫錨桿間排距為0.8 m×0.8 m,頂板錨索每排兩根,排距1.6 m。工作面處于高應力分布區,遺留空巷密閉時間長,巷道內壓力顯現,導致變型,頂板離層存在網包,局部網破漏矸,存在錨桿失效,錨索斷裂的現象,巷道回縮較大,觀察巷道頂底板移近量為1.5 m～2.3 m,巷幫移近量為1 m～1.5 m。

圖1 2-109A工作面巷道布置示意圖

2 過空巷前準備措施

2.1 過空巷前準備工程

(1)空巷兩端及中部安設三道調節風門,調整空巷通風。

(2)在空巷頂板未受采動壓力傳遞影響前,使用道木在空巷支設木垛,在頂板離層破碎處補打點錨索等方法提前進行支護,保證空巷頂板支護有效,防止空巷頂板在受到采動影響下進一步出現頂板離層下沉破壞。

(3)在工作面推進過程中,根據空巷與煤層走向間的角度,提前調斜工作面,調整工作面回采機尾超前回采機頭5 m,使回采機尾與2-109A 回風巷呈鈍角,確保工作面推進過程中逐步揭露空巷,減小空巷一次性揭露面積,控制揭露空巷長度不超過3 m/刀,緩和頂板壓力顯現。

(4)在工作面揭露空巷前,加強對工作面液壓系統、采煤機、回采溜子等核心設備的檢修工作,保證設備完好,確保在工作面揭露空巷期間設備不會帶病運轉,加快工作面推進速度,在空巷頂板壓力未完全顯現釋放前順利通過空巷。

(5)由于空巷底板標高低于煤層底板標高,在工作面推進過程中,提前對工作面留頂煤破底,逐步降低工作面底板標高,保證工作面揭露空巷時,工作面底板與空巷底板相隨,底座接空巷底板平順拉移。

(6)為了使工作面在揭露空巷時,支架前梁接空巷頂板嚴實,現場嚴格控制工作面采高不超過3.5 m,支架拉移時采取超前拉架,追機作業的方式,支架端面距超過規定范圍的,視頂板空頂情況,在空巷內可增加單體柱支護,支架拉移時提前撤回單體柱。

2.2 空巷支護形式

2.2.1 空巷錨索加固

(1)空巷巷道掘進時,頂板平均托煤2 m,回采期間,提前打開閉墻后,發現原有支護失效較多,需加強支護,頂板中間打兩排點錨索,錨索排距1.5 m,間距0.8 m,并對破網進行連補。[1]

(2)空巷巷幫煤層底板以下巖面加固,采用錨索組和梁加固,順著巷道補打錨索,排距0.8 m。

2.2.2 搭木垛施工工藝及施工方法

(1)施工工藝

安全檢查—定位清渣—搭木垛—打楔子。

(2)施工方法

①安全檢查并對巷道網包處補打錨索。

②確定垛位,清理垛位的浮渣；木垛緊貼巷幫交錯布置,每隔5 m搭設一木垛。呈井字型搭設,在基本支護的下方順巷碼放底層,然后再垂直于巷道方向在底層上碼放第二層,按此順序一層一層的碼到接緊頂板為止。[2]

③施工至1.5 m 以上時,將地板攤平,使用道木在下方并排放至4～5 根,隨高度增加搭起供人員操作的木垛,要求每根道木緊靠,不留縫隙,并將邊緣的道木使用扒釘扒緊。

④在靠頂板的二或三層間各角打好加緊楔子。

⑤施工完畢后,由副隊長驗收木垛支設情況,確認合格后方可進行下一循環。

(3)空巷搭木垛支護形式

工作面過空巷前,提前對空巷進行支護。搭設木垛所用方木為長×寬×高=1 500 mm×200 mm×(150 mm～180 mm)長方木,呈井字型搭設；每隔5 m交錯布置。空巷木垛支護見圖2。

圖2 空巷搭木垛支護

3 過空巷期間采煤工藝

3.1 采煤工藝

移架—割煤—推溜—清煤。

3.2 采煤方法

(1)過空巷前5個循環,提前調斜工作面,使副巷揭露處超前正巷5 m,同時調整回采溜子直線度與平整度達標,嚴禁出現彎曲現象。

(2)工作面揭露空巷期間,揭露處相對應的支架采用超前拉架方式進行可靠支護,及時支護暴露頂板,拉架后及時打開護幫板,確保割一架,拉一架。[3]

(3)割煤期間,及時停機處理滾筒上纏繞的錨桿和錨索,防止損壞設備,影響割煤效率。

(4)推溜前將板梁、道軌及原煤順巷道依次充填在空巷巷幫煤層底板以下,壓實后再推溜。

(5)過空巷期間,每個割煤循環前回撤一處道木垛,防止割煤期間道木垛突然倒塌。

4 總結

通過對工作面遺留空巷提前支護,提高支護強度,保證了空巷頂板穩定,防止了空巷在受采動影響下發生頂板事故；本工作面推進空巷歷時7個圓班,采用快速推進的方法,緩和了頂板變化,減小了頂板下沉量,在空巷頂板壓力未完全顯現前,順利通過了空巷；推進過程中通過留頂煤破底的方式,解決空巷底板標高低于煤層標高的難題,確保了綜采工作面正常推進,增加工作面的原煤儲量2萬噸,實現經濟效益超過1 600萬元。