采煤回采工作面頂板管理方法的實(shí)踐

牛志成

(山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)燕家河煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 042100)

1 工程概況

3 171回采工作面位于燕家河煤業(yè)三采區(qū)下山開(kāi)采的第一區(qū)段，上部是二采區(qū)上山已開(kāi)采完的工作面。將原1800水平遠(yuǎn)軌巷作為該壓段的回風(fēng)巷。采煤工作面及斷層分布如圖1所示。該回采工作面的下邊是以1778水平運(yùn)輸機(jī)巷為界，北以停采線(xiàn)為界，南以F43(地)斷層為界，工作面走向長(zhǎng)460 m，傾斜長(zhǎng)80 m，煤層傾角約為16°，煤層平均厚度為1.75 m，煤層屑于晚二疊系山西組第一段，編號(hào)為C17，該煤層在本區(qū)內(nèi)厚約1.72 m～1.78 m，一般厚為1.75 m，接近底部有1層～2層夾矸，厚約0.001 m～0.003 m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，特別是煤層頂板上的黃鐵礦非常穩(wěn)定，可作全礦井C17煤層對(duì)比標(biāo)志[1]。煤層頂板為灰色泥炭，有0.05 m的偽頂，易垮落，底板為黑灰色粉砂質(zhì)泥巖。從開(kāi)采中觀察老頂，估計(jì)是一層厚度約為12 m的灰色籠鐵巖夾泥質(zhì)粉砂巖。從開(kāi)采及巷道塌露的情況看，水和瓦斯的涌出量都很小。該工作面儲(chǔ)量可采13個(gè)月。

在掘進(jìn)本工作面中，已揭露的斷層共有16條，其中，斷距大于1 m的有7條。編號(hào)分別是F17、F44、F45、F46、F47、F48及F43(地)。

2 開(kāi)采方法及作業(yè)形式

開(kāi)采方法采用走向長(zhǎng)壁式，回采工藝使用爆破落煤，人工配合SW-34型溜子裝運(yùn)煤，支柱采用側(cè)HZWA-2300的金屬摩式支柱，梁采用HDNA-1000型金屬鉸接頂梁，還配用一些圓木及皮柴進(jìn)行支護(hù)。支護(hù)柱距0.8 m，柱子的排距1.0 m。采空區(qū)不充填，采取全部垮落法。工作面的作業(yè)形式采用“二采一推”，循環(huán)進(jìn)度2 m，每日一個(gè)循環(huán)。

圖1 采煤工作面布置圖及斷層分布圖

3 回采工作面的頂板管理情況

3.1 回采工作面初次來(lái)壓

回采工作面的初次來(lái)壓是采礦工作者最擔(dān)心和關(guān)心的問(wèn)題，如果處理不好將會(huì)造成大的冒頂，出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。對(duì)于3271南工作面的初采，采用輪流值班的方法，觀察頂板的來(lái)壓情況，一般該井初次來(lái)壓步距14 m～16 m。這次初次來(lái)壓的步距已到16 m還未下來(lái)，按理切割眼旁是F43(地)，斷距大；裂隙發(fā)育，周?chē)膸r層受地質(zhì)構(gòu)造破壞較大，應(yīng)該是來(lái)壓步距小，這與理論分析有些不相吻合。由于初次步距未垮落，造成回采工作面煤壁的支承壓力較大，出現(xiàn)工作面煤壁局部片幫，支柱受載過(guò)大，有的頂部背的皮柴壓斷，梁伸入頂部，有的支柱出現(xiàn)較大的彎曲度。在工作面的上出口附近的煤壁前方處有十多米長(zhǎng)的切頂線(xiàn)，給回采面作業(yè)人員的安全帶來(lái)了較大的威脅。

經(jīng)研究采取了一定的強(qiáng)制措施：

1) 在工作面原有的3個(gè)木垛的基礎(chǔ)上增加2個(gè)木垛，2個(gè)本垛分別設(shè)置在上、下出口的附近。

2) 在工作面打一些必要的臨時(shí)柱和搶柱加強(qiáng)頂扳支護(hù)。

3) 對(duì)局部頂板破碎的偽頂加重新背板加固。

4) 在最后一排打密集柱，構(gòu)成切頂線(xiàn)。

5) 在回采工作面后中部靠采空壓打3 m長(zhǎng)的仰斜眼，放震動(dòng)炮，通過(guò)這些措施實(shí)現(xiàn)了老頂初次垮落，柱子上的壓力迅速減輕，工作面進(jìn)入正常回采。

3.2 正方回采

3171南工作面正常回采時(shí)，如不碰到斷層是比較順利的，3171南工作面的直接頂是隨采隨著就垮落，每當(dāng)去觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，跨落的松散巖層充填采空區(qū)，局部空隙部分還可以觀察到較高的老頂，正常回采工作面壓力也不太大，這時(shí)一些柱子出現(xiàn)虛柱(不起支承力)，往往會(huì)造成不安全的隱患，造成局部冒頂。在3171工作面就出現(xiàn)一次由小逐步擴(kuò)大的冒頂現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)及時(shí)接頂支護(hù)，得到控制。這就是由于正常回采順利，支柱的支護(hù)操作質(zhì)量有問(wèn)題，碰到0.8 m落差的小斷層，就產(chǎn)生柱子失穩(wěn)，局部冒頂，由于有構(gòu)造帶、一時(shí)冒頂隨之?dāng)U大，造成了長(zhǎng)8 m、高約2 m冒落帶，增加了坑木的消耗量，工時(shí)和產(chǎn)量都受到影響。接頂?shù)姆椒ㄈ鐖D2a)所示，控制小斷層破碎頂板的方法如圖2b)所示。

圖2 接頂和控制小斷層破碎頂板的方法

3.3 周期來(lái)壓

當(dāng)工作面進(jìn)入正常回采期后，相隔一定的推進(jìn)距離或正常的作業(yè)天數(shù)，會(huì)出現(xiàn)一次比初次來(lái)壓小，但又比正常回采大的壓力，而這個(gè)力是隨回采工作面的不斷推進(jìn)，不斷地相隔一定的距離出現(xiàn)，也就是有周期性的出現(xiàn)，稱(chēng)之為周期壓力。3171南回采工作面的周期壓力一般是12 m～14 m步距，周期來(lái)壓之前都有預(yù)兆，出現(xiàn)背頂?shù)钠げ駢簤模霈F(xiàn)偽頂?shù)袈洹⒛静駢赫ǖ穆曇簦３霈F(xiàn)煤壁小局部片幫。出現(xiàn)周期壓力時(shí)，增設(shè)必要的木垛，加強(qiáng)最后一排柱的密度，目的是造成人為切頂。有時(shí)周期來(lái)壓受地質(zhì)構(gòu)造的影響，也會(huì)出現(xiàn)提前現(xiàn)象。當(dāng)工作面推到F48中段時(shí)，就出現(xiàn)來(lái)壓提前，使工作面的頂板十分難維護(hù)，常出現(xiàn)浮巖掉落，影響作業(yè)安全。經(jīng)采取加快推進(jìn)度，加強(qiáng)頂板支護(hù)，才甩掉了這段破碎的頂板。

3.4 回采工作面過(guò)斷層

對(duì)于落差在1.5 m的正斷層，都采取硬過(guò)，采用一梁二柱的支護(hù)形成(2.4 m的木粱和兩根支柱構(gòu)成棚，棚交錯(cuò)向工作面煤壁推進(jìn)硬過(guò)斷層)，根據(jù)煤層的斷落情況，臥底或者挑頂，放小炮減小震動(dòng)逐步推過(guò)。對(duì)于較大的斷層(落差大于1.5 m的)采取兩手準(zhǔn)備，事先做好補(bǔ)切割，能推過(guò)就推過(guò)，不能推就從新的切割開(kāi)始采。

0.8 m落差的斷層，隨回采工作面的逐漸推進(jìn)逐漸消失。對(duì)于F48(H=1 m)，由于靠運(yùn)輸機(jī)巷的下段破碎帶長(zhǎng)一些，給支護(hù)帶來(lái)一些困難。但采用一梁二柱的支護(hù)，臥了下底，加快推進(jìn)度，還是過(guò)去了。對(duì)于F47(H=34 m)的斷層就要作兩手準(zhǔn)備，先作補(bǔ)切割，采取硬過(guò)，靠回風(fēng)巷的上段基本順利地推過(guò)，靠運(yùn)輸機(jī)巷的下段約有20 m就難推過(guò)，只好放棄。斷層在工作面的情況是千變?nèi)f化的，要根據(jù)實(shí)際情況處理，盡量多地回收斷層附近的一些煤柱。對(duì)于F45、F44斷層，由于它們之間有許多小斷層，無(wú)法正常推進(jìn)，當(dāng)工作面上切口擺到停采線(xiàn)后，由F45、F44等斷層所構(gòu)成的三角塊段，采用穿巷式的殘采，盡量回收不必要的煤柱損失。

3.5 回采工作面上下出口及超前距離的支護(hù)

上、下出口的暴露面積較大，一般維護(hù)有些困難，特別還要保證出口的高度不低于1.6 m。對(duì)于3171南工作面的上、下出口附近采用木垛及抬棚相結(jié)合處理，使頂板維護(hù)比較好，出口附近的巷道由于處于集中壓力區(qū)，所以，造成坑木壓斷，工字鋼梯形棚的腿子壓變形。后改用可伸縮的金屬摩擦支柱過(guò)渡性地替換，取得比較滿(mǎn)意的效果。

為了保證上、下出口巷道的暢通，在掘巷道時(shí)略加高凈高，3171南的運(yùn)輸機(jī)巷加高0.2 m，凈高2.0 m。巷道從掘出后，就受到周?chē)貕旱挠绊懀敯宥荚诓粩嗟叵鲁粒档拖锏栏叨取．?dāng)回采時(shí)由于采動(dòng)影響，越接近工作面的巷道地段下沉越快，待巷道過(guò)渡到工作面交接口處時(shí)，巷高能保證在1.7 m～1.8 m，這樣對(duì)行人、運(yùn)送材料及安裝設(shè)備都較方便，特別需要及時(shí)處理冒頂事故和撤離人員、設(shè)備時(shí)，都比較迅速，所以，加高0.2 m帶來(lái)諸多好處。

在回采中可以發(fā)現(xiàn)，上出口巷道壓力比下出口的壓力大得多。巷道的維護(hù)量也大，這也許是由于上出口處靠近已采完的工作面的空區(qū)的原因。所以，在上出口處及附近一段的回風(fēng)巷要特別地加強(qiáng)支護(hù)[2-3]。

距離回采工作面15 m以?xún)?nèi)的上、下區(qū)段平巷(回風(fēng)、運(yùn)輸兩巷)，受采動(dòng)影響很大，采取超前支護(hù)，視情況在巷道的頂部，按每米的步距增加1根～2根金屬支柱控制頂板的壓力，使用后效果好，保證了運(yùn)輸、通風(fēng)和行人的暢通。

4 總結(jié)

3171南工作面采期為13個(gè)月，除了兩起人為的輕傷事故外，未出現(xiàn)重傷和死亡事故。其原因總的說(shuō)來(lái)是及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并能及時(shí)處理，使問(wèn)題沒(méi)有繼續(xù)惡化。歸結(jié)來(lái)講，有如下幾點(diǎn)：

第一，管理好采煤工作面的頂板，必須掌握礦山壓力的知識(shí)，用科學(xué)的知識(shí)來(lái)指導(dǎo)工作，采取有效的技術(shù)措施，防止頂板的冒落，在保證安全的前提下進(jìn)行作業(yè)。第二，重視初次來(lái)壓放頂，工作上要有超前意識(shí)和準(zhǔn)備，采取的措施要完善可行，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)處理。第三，正常回采時(shí)，更加強(qiáng)工程質(zhì)量的檢查。第四，周期來(lái)壓會(huì)提前，也有可能會(huì)推遲，有預(yù)兆就得輪班觀察，提前備好支護(hù)材料，一有動(dòng)向及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。第五，回采工作面上、下出口一定要暢通，掘進(jìn)時(shí)多加0.2 m的凈高，確保動(dòng)壓后上、下出口高度不低于1.6 m，方便行人和工人安全作業(yè)。第六，超前支護(hù)要加強(qiáng)，特別是接近工作面15 m以?xún)?nèi)的上、下順槽使用可伸縮支架過(guò)渡替換比較好，可以節(jié)省巷道支護(hù)材料。第七，過(guò)斷層時(shí)，要根據(jù)斷層產(chǎn)狀情況，采取相應(yīng)的措施，支護(hù)上最好換用一梁二柱，如破碎帶寬，采取一梁二柱的錯(cuò)梁支護(hù)，加快推進(jìn)度。斷層大時(shí)應(yīng)提前做好過(guò)斷層的開(kāi)切眼。