王莊礦3802工作面安全過斷層綜合技術(shù)研究

馬吉義

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 王莊煤業(yè)，山西 長治 047100)

在我國地下煤礦開采過程中，復(fù)雜的工程地質(zhì)條件往往給工作面回采帶來一定安全隱患，其中工作面過斷層一直是礦山生產(chǎn)過程中需要解決的難題[1-3]。為此，系統(tǒng)研究工作面安全過斷層綜合技術(shù)是非常必要的[4-6]。在相關(guān)研究中，張加利[7]分析了綜采工作面過斷層主要回采技術(shù)難題，針對(duì)巷道頂板控制問題，提出新型支護(hù)技術(shù)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐；陳海東[8]針對(duì)斷層周圍煤巖體破碎嚴(yán)重易出現(xiàn)片幫及冒頂問題，提出了注漿加固施工方案，煤巖體的承載能力顯著增強(qiáng)，頂板垮落、煤壁片幫、底板下陷問題顯著減少；晏錦銀[9]采用FLAC3D分析了斷層活化過程及規(guī)律，提出了工作面采用注漿加固+切底過斷層的控制技術(shù)，有效保障了工作面推進(jìn)通過斷層區(qū)域。綜合文獻(xiàn)分析，對(duì)于工作面過斷層的研究取了一定成果，但是多集中于工作面過斷層期間支護(hù)方法或注漿加固研究方面，對(duì)于工作面安全綜合技術(shù)方面有待進(jìn)一步分析。為此，本文以王莊礦3802工作面過斷層為工程背景，研究了工作面安全過斷層綜合技術(shù)，解決了工作面過斷層期間所面臨的主要技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了工作面安全高效回采。

1 工程概況

王莊礦主采3號(hào)煤層，煤層傾角1～6°，平均傾角4°，平均厚度5.0 m，主要回采3802工作面，采用綜合機(jī)械化采煤技術(shù)，全部垮落法管理頂板。煤層直接頂主要為泥巖與砂質(zhì)泥巖，基本頂為細(xì)粒砂巖，直接底為泥巖與砂質(zhì)泥巖，煤巖體綜合柱狀圖如圖1所示。

圖1 煤巖體綜合柱狀圖

3802工作面可采長度約為415 m，工作面布置情況如圖2所示。根據(jù)工作面運(yùn)輸巷道掘進(jìn)期間揭露情況，3802運(yùn)輸巷道距停采線51 m位置存在F4正斷層(H=3～5 m，∠=45°)，經(jīng)鉆探驗(yàn)證，上、下兩盤巖層存在破碎、離層等情況，可能導(dǎo)致運(yùn)輸巷道嚴(yán)重變形及冒頂風(fēng)險(xiǎn)。為保證工作面回采至構(gòu)造區(qū)域位置時(shí)作業(yè)安全，需研究工作面安全過斷層技術(shù)方法。

圖2 工作面布置圖

2 工作面過斷層巷道絞頂與挑頂方法

2.1 巷道絞頂方法

運(yùn)輸巷道過斷層進(jìn)行絞頂時(shí)，先在頂部錨索上部套40溜槽鏈條，并用鎖具固定在錨索上，然后用D12.7 mm鋼絲繩將5 m大板拴住吊在頂部錨索上部，大板距離底板控制在5.0 m，間排距1 m，先垂直于巷道方向每米吊1根大板，然后以大板為底部支點(diǎn)，在上部依次使用大板、道木和半圓向上呈“井”字型支設(shè)，直至到上部頂板。絞頂完成后，下部用經(jīng)緯網(wǎng)與原巷道兩側(cè)幫網(wǎng)聯(lián)接，必須孔孔相連，搭接不少于500 mm，避免移架過程中上部木料掉落傷人。

2.2 巷道挑頂方法

根據(jù)掘進(jìn)期間巷道揭露情況，運(yùn)輸巷道過斷層部位不足以讓工作面安全通過，需對(duì)該區(qū)段進(jìn)行挑頂，挑頂厚度最大為1 m，確保挑頂后與鄰近兩側(cè)巷道平齊。當(dāng)工作面推進(jìn)至該區(qū)段時(shí)，將大溜機(jī)頭護(hù)欄和擋板降低，待通過后恢復(fù)。先沿3802運(yùn)輸巷人行道側(cè)方向挑頂1 m×2.5 m，每向前掘1 m支護(hù)1次，待開口完畢后，向工作面方向逐米實(shí)施擴(kuò)掘，并進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，直至放頂至巷道工作面?zhèn)让罕冢?duì)挑頂后幫部進(jìn)行維護(hù)，挑頂后頂幫均采用錨網(wǎng)(索)+鋼筋梯子梁聯(lián)合支護(hù)方法。

3 工作面過斷層巷道挑頂爆破方法

巷道過斷層部位采用乳化炸藥爆破施工挑頂，采用正向起爆，起爆器起爆。炮眼打設(shè)深度為1.5 m，每個(gè)炮眼裝藥2卷，炮眼采用水泡泥及黃泥進(jìn)行封口，封口長度不得小于1 m.爆破作業(yè)時(shí)，超前移架支護(hù)，采煤機(jī)掃矸，刮板輸送機(jī)出渣，控制采高在4 m.

打眼前,首先檢查頂板、支架等情況，確認(rèn)無危險(xiǎn)時(shí)，才可進(jìn)行打眼工作，并由當(dāng)班驗(yàn)收員根據(jù)設(shè)計(jì)用粉筆(或白漆)在斷層區(qū)域畫出輪廓線并定出眼位。打眼采用YT-28風(fēng)鉆2臺(tái)，配備4根1.5 m鉆桿、D42 mm“一”型合金鋼鉆頭。采用一次打眼、放炮作業(yè)形式，采用“一”字型布置(共5個(gè))。炮眼布置方式如圖3所示。

圖3 炮眼布置圖(mm)

每眼使用2卷煤礦二級(jí)許用乳化炸藥，使用1發(fā)毫秒延期電雷管引爆，必須采用正向裝藥，炮眼封泥采用粘土炮泥填充，用炮棍輕輕搗實(shí)，并充滿炮眼，嚴(yán)禁用煤粉或其他可燃性材料作炮眼封泥。裝藥前用炮棍插入炮眼內(nèi)，檢驗(yàn)炮眼的角度、深度、方向和炮眼內(nèi)的情況，不符合作業(yè)規(guī)程要求的不準(zhǔn)裝藥。裝藥前必須先檢查瓦斯?jié)舛龋咚節(jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)不得裝藥。裝藥后必須把電雷管腳線懸空并短接，嚴(yán)禁電雷管腳線、放炮母線與支架、電氣設(shè)備及其他導(dǎo)電體接觸。裝藥結(jié)構(gòu)見圖4，裝藥量及起爆順序見表1.

圖4 炮眼裝藥結(jié)構(gòu)圖

表1 裝藥量及起爆順序

4 工作面過斷層巷道支護(hù)方法

4.1 巷道頂板支護(hù)

巷道過斷層部位頂部采用D20 mm×2 400 mm高強(qiáng)度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。采用D27 mm鉆尖鉆孔，采用長3 000 mm，寬80 mm鋼筋梁，鋼筋梁由D14 mm圓鋼焊接。頂錨桿間排距為800 mm×1 000 mm，每排3套，兩端分別距挑頂邊緣50 mm，垂直于頂部打設(shè)，并且安裝鐘型球墊。

錨索為D18.9 mm高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度為6 000 mm，樹脂加長錨固，鉆孔直徑27 mm，采用1支k2335和2支Z2360低粘度樹脂藥卷錨固。每排2根，間排距為1 600 mm×1 000 mm，兩端錨索分別距挑頂邊緣450 mm，錨索垂直于頂板安裝在兩排頂錨桿之間。打設(shè)的錨索必須用雙10號(hào)鉛絲成十字形捆綁錨索吊掛在金屬網(wǎng)上，把鎖具及托盤捆綁在鉛絲范圍內(nèi)，防止頂板來壓崩斷錨索傷人及損壞設(shè)備，巷道頂部支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 巷道頂部支護(hù)結(jié)構(gòu)圖(mm)

4.2 巷道幫部支護(hù)

巷道幫部采用D20 mm×2 400 mm高強(qiáng)度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨固劑采用Z2360型樹脂藥卷錨固。網(wǎng)孔規(guī)格50 mm×50 mm，網(wǎng)片規(guī)格3 000 mm×1 050 mm，材料為10號(hào)鉛絲，使用雙網(wǎng)支護(hù)。鋼筋梁寬80 mm，采用長3 000 mm鋼筋梁，鋼筋梁由D14 mm圓鋼焊接。巷幫共布置1排，每排3套，間排距為800 mm×900 mm，幫上部錨桿距頂板350 mm，錨桿與水平呈25°仰角布置。

5 工作面過斷層煤壁注漿加固方法

工作面回采至斷層面位置時(shí)可能受構(gòu)造影響發(fā)生煤壁片幫、頂板裂隙發(fā)育、破碎垮落等情況，需采取馬麗散注漿加固措施。如果工作面煤壁片幫深度超過1.5 m，頂板破碎、垮落高度小于1.5 m時(shí)，及時(shí)采取注漿加固的方式加固煤壁，防止煤壁片幫從而限制破碎頂板垮落。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)及鉆孔條件，距巷道底板及頂板各1.5 m處鉆鑿1排注漿鉆孔，注漿孔間距3.5 m，排間鉆孔采用菱形布置，具體布置方法如圖6所示。

圖6 工作面注漿鉆孔布置圖

注漿鉆孔直徑為42 mm，鉆孔與煤壁水平面夾角為15°，鉆孔深度為6 m，孔口封口長度為2 m.首次注漿完成后進(jìn)行工作面推進(jìn)時(shí)，可能造成初始注漿返料問題，導(dǎo)致注漿效果不理想，這時(shí)隨工作面推進(jìn)應(yīng)加強(qiáng)煤幫側(cè)及頂板的管理。工作面過斷層時(shí)，一次注漿加固完成后，工作面安全推進(jìn)長度達(dá)5 m時(shí)，要立即進(jìn)行下一個(gè)注漿工序，直至工作面安全推過斷層，巷道頂板及煤壁穩(wěn)定性轉(zhuǎn)好以后，工作面方可進(jìn)行正常回采。

6 結(jié) 語

針對(duì)王莊礦3802綜采工作面過斷層可能存在的巷道冒頂及煤壁片幫問題，給出了工作面過斷層安全技術(shù)方法，包括巷道絞頂及挑頂方法、挑頂爆破方法、巷道支護(hù)方法及煤壁注漿加固方法，有效保障了工作面過斷層期間巷道及煤壁的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了工作面過斷層安全回采。