綜采工作面通過延伸段關鍵技術及思考

袁紅平,何文帥,賀 煜,劉 浩

(陜西瑞能煤業有限責任公司,陜西 延安 727307)

0 引言

隨著煤炭資源的不斷開發,剩余煤炭開采條件愈發復雜[1-3]。一方面,綜采工作面的布置受地質構造、水體、瓦斯等災害因素影響難以實現整裝開采;另一方面,為充分回收煤炭資源,綜采工作面的布置趨于多樣化、復雜化[4-6]。綜采工作面智能化發展已邁入新階段,基于透明地質開采技術不斷成熟,但在工作面延伸、通過老巷等特殊地段開采時智能開采仍須人工干預,否則綜采工作面難以實現正規循環作業[7-9]。因此,從設計源頭降低綜采工作面開采難度,是影響綜采工作面設計的重要影響因素,亦是制約智能化綜采工作面正常推進的主要因素[10-12]。為此,重點對綜采工作面通過延長段增加設備及通過貫穿工作面的巷道現場安全管理進行分析、實踐,以降低綜采工作面回采期間的管理難度。

1 工程概況

1.1 工作面布置

203綜采工作面位于二盤區南部201綜采工作面北側,北翼輔助運輸大巷270～420 m西側,呈東西向布置,煤層埋深170～253 m。該工作面地處中低山林區,植被繁茂,對應地表無建筑物、河流分布;2 150 m處對應地表有一條通村公路由南向北從地表通過。礦井絕對瓦斯涌出量為2.85 m3/min,相對瓦斯涌出量為1.72 m3/t,綜采工作面最大瓦斯涌出量0.99 m3/min,無煤與瓦斯突出危險。經中煤科工集團重慶研究院有限公司鑒定,煤層火焰長度>370 mm,巖粉添加量60%～90%;2號煤層煤塵爆炸指數為37.82%,煤塵有爆炸危險性;煤層自燃發火期為49 d,煤層自然傾向等級為Ⅱ類,屬自燃煤層。該工作面不受低溫、沖擊地壓影響。

該工作面北側東段0～1 200 m為205備采工作面,北側西段1 200～4 115 m為一號煤礦301工作面采空區且距采空區最小距離為30 m,工作面布置如圖1所示。南側東段0～2 270 m為201工作面采空區且距采空區最小距離為30 m,南側西段2 270～4 115 m為一號煤礦300工作面采空區且距采空區最小距離為67 m。東側為北翼輔助運輸大巷,工作面中部2 660 m處為203中部措施巷,中部措施巷長度73 m,高度2.8 m、4 m,頂部采用“錨桿+鋼筋網+錨索梁”進行支護,幫部采用玻璃錨桿進行支護。

圖1 203綜采工作面布置Fig.1 Layout of 203 fully mechanized mining face

1.2 煤層概況

203綜采工作面可采煤層為2號煤層,煤層賦存近水平,煤厚相對穩定,煤層傾角2°～5°,平均3°。煤層厚度在1.4～2.2 m,平均煤厚1.8 m,全區穩定可采,具褐色及褐黑色條痕,瀝青及玻璃光澤,斷口為階梯狀、參差狀,呈條帶狀、線理狀結構,具層狀,塊狀構造。煤層頂底板情況見表1。

表1 203綜采工作面煤層頂底板情況Table 1 Conditions of coal seam roof and floor for 203 fully mechanized mining face

2 通過中部措施巷關鍵技術

2.1 整體通過

整體通過,即調整機頭機尾距離中部措施巷15m前,將機頭機尾距中部措施巷距離調整一致,工作面與中部措施巷平行揭露。揭露后,堅持正規循環作業直至工作面刮板與中部措施巷機尾安裝刮板位置平齊。此時,停止采煤,進行設備拆除、安裝工作,工作面設備調試、運轉正常后,繼續推進工作面,直至通過中部措施巷。

2.2 調斜通過

2.2.1 機頭超前通過中部措施巷

調整機頭機尾相對位置,使機頭超前機尾10 m。由于角度過大會導致機尾刮板與煤壁形成三角區,造成刮板無法安裝,而此時工作面的角度為8°,因此不宜再增加角度。當機尾刮板推采至與中部措施巷待安裝刮板(位置)平行時,工作面35臺支架(其中13臺支架頂梁一半已進入煤墻)在中部措施巷,工作面機頭至29#支架已通過中部措施巷。此時,停止回采,開始安裝支架、刮板輸送機、機尾超前液壓支架,安裝結束、設備運轉正常后,繼續通過中部措施巷,如圖2所示。

圖2 調斜(機頭超前)通過中部措施巷過程示意Fig.2 Process diagram of incline-regulated(head advancing) through central measure roadway

2.2.2 機尾超前通過中部措施巷

調整機頭機尾相對位置,使機尾超前機頭10 m。機尾刮板推采至與中部措施巷待安裝刮板平行時,工作面機尾第64#至42#支架共23臺支架與中部措施巷揭露。此時停止采煤,進行設備拆除、安裝工作,工作面設備調試、運轉正常后,繼續推進工作面,直至通過中部措施巷,如圖3所示。

圖3 調斜(機尾超前)通過中部措施巷過程示意Fig.3 Process diagram of incline-regulated(head advancing) through central measure roadway

2.3 通過中部措施巷方式優劣分析

2.3.1 整體通過

優點是通過中部措施巷速度較快;工作面始終處于平行于中部措施,設備安裝方便。缺點是每循環回撤巷中支護的單體較多;工作面揭露中部措施巷后,巷道內整體處于采動壓力上升區,礦山壓力顯現強烈,如遇周期來壓可能造成支架上部頂板垮落,造成支架壓死,工作面難以推進。

2.3.2 機頭優先通過

優點是不用調整機頭機尾相對位置,工作面支架逐步揭露中部措施巷,勞動強度相對整體通過方式較低;機尾支架與中部措施巷揭露后,機頭部分支架已進入實體煤,即使中部措施巷頂板冒落,工作面能正常推進。缺點是機尾安裝設備時工作面部分支架處于中部措施巷內,由于支架支撐最大高度為2.4 m,頂梁上部須加背板皮,受采動影響可能造成支架壓死,工作面難以推進。

2.3.3 機尾優先通過

優點是揭露在中部措施巷的支架數較機頭通過較少。缺點是需要調整機頭機尾的相對位置,現工作面機尾相對機頭較高,調整刮板機頭機尾難度較大,調整過程中可能造成機頭安全出口不暢通;機尾優先通過時,機尾段刮板調整空間受限,刮板存在難以安裝的可能。

經綜合分析,采取調斜通過、機頭優先通過中部措施巷。

3 其他關鍵技術

3.1 調斜回采關鍵技術

綜采工作面調斜必須調整采煤機割煤方式,采用正規循環作業時,在推移刮板輸送機時會造成綜采工作面刮板輸送機形成三角區,擠壓中部槽,最終會導致刮板輸送機無法正常推移,影響工程進度。因此,綜采工作面在調斜期間,必須調整采煤機割煤方式。綜采工作面推采至中部措施巷20 m處開始調斜工作面。機頭割透三角煤并向機尾割煤至30#支架后,返回機頭,再次割透下一循環三角煤并割煤至機尾,再次返回機頭,割透下一循環三角煤并吃通刀,依次類推直至工作面機頭超前機尾10 m,完成工作面調斜。若綜采工作面距離較長,調整每循環往返的次數,每循環距離適當加大,以現場不影響刮板輸送機推移為宜。回采期間必須沿煤層底板進行回采,以便與中部措施巷順利推進,嚴禁工作面與中部措施巷形成臺階,導致工作面無法推進。

3.2 中部措施巷支護關鍵技術

為防止采動影響造成中部措施巷及延伸交叉點頂板冒落,須提前對巷道進行二次補強支護。對中部措施巷的中部與203回風順槽交叉點補打恒阻錨索進行補強支護,錨索采用φ21.8 mm×10 300 mm,鎖具為φ21.8 mm防腐讓壓鎖具,間距1.6 m,每根錨索采用3節MSZ2360樹脂藥卷進行端頭錨固,錨索布置在巷道中部,間距1.6 m;對中部措施巷進行補強支護,支護采用11#礦工鋼(3 600 mm)配合DW-2.8液壓單體支柱,“一梁三柱”,單體間距1.2 m,排距1.2 m,高度不足之處加背板皮。

3.3 綜采工作面設計思考

203綜采工作面位于3DF4斷層(落差1～3 m)北部,其中203回風順槽沿斷層邊緣布置,為盡可能回收煤炭資源,對工作面寬度進行了2次調整,其中1 700 m處工作面開始調整為100 m,2 700 m處將工作面調整為70 m,為保證掘進及回采期間工作面風量滿足采掘作業要求在該處設計一條中部措施巷。經過現場實踐,發現該設計共存在4處缺陷。一是回采期間工作面增加設備與通過中部措施巷一并進行,為回采作業帶來了極大的安全作業風險;二是由于綜采工作面機尾電機減速器現大多為縱置式,在機尾順槽巷道內延伸一定距離,中部措施巷設計時未設計電機減速器位置,通過中部措施巷時須提前拆除刮板輸送機機尾電機減速器;三是由于機尾超前支護采用超前液壓支架,通過該中部措施巷前須提前拆除超前液壓支架;四是二次增加設備仍須提前拆除刮板輸送機機尾電機減速器。因此,對于類似工程設計,必須將設計的中部措施巷與二次延伸段位置錯開一個周期來壓步距,設計時須根據增加設備的一側回采設備所需空間進行充分考慮。

4 結論

(1)綜采工作面涉及二次或多次延伸時,必須從現場回采實際出發,對回采及增加設備所需的空間進行充分考慮,以便減少工作面增加設備時的工作量;且為解決通風問題須設計貫穿中部運輸、回風巷之間的聯絡巷時,杜絕與二次延伸段設計在同一位置。

(2)綜采工作面延長增加設備及通過老巷時必須對特殊地段進行補強支護,以防采動、周期來壓影響導致巷道冒落或綜采支架通過老巷時出現支架壓死等現象。

(3)綜采工作面通過中部措施巷及延伸段時,必須對作業順序、作業難度、工程量、勞動組織等進行全面安排,避免交叉作業導致工作混亂。