王存權

(大同煤礦集團云崗礦,山西省大同市,037017)

★煤炭科技·開拓與開采 ★

高瓦斯大采高綜采工作面停采支護技術研究

王存權

(大同煤礦集團云崗礦,山西省大同市,037017)

討論了高瓦斯大采高綜采工作面停采支護設計的關鍵問題。提出了停采過程中工作面的支護方案。該支護方案在云崗礦3個工作面進行了應用,實現(xiàn)了綜采工作面的安全快速搬家。

高瓦斯煤層 厚煤層開采 綜采工作面 工作面搬家 停采支護

AbstractThe author of this article discusses the key problems in the design of support for use in longwall coal face stoppages in highly gassy coal seams with big mining heights and the technical scheme for such support.The technical schemes for such support are tried out in three coal faces in Yungang Coal Mine.The application effects indicate that a safe and fast face move is realized by applying this application.

Key wordshighly gassy coal seams,thick coal seam mining,longwall face,face moving, support for face stoppage

1 礦井概況

云崗礦位于山西省大同市西郊云崗溝內,距大同市區(qū)18 km,開采大同侏羅紀煤層,井田南北長13.1 km,東西寬 5.75 km,面積59.0003 km2。礦井開拓方式為立井、斜井混合式開拓,主運輸水平+980 m,輔助運輸水平+1030 m。礦井通風方式為分區(qū)抽出式。目前,該礦主要開采煤層為井田南部12#煤層410盤區(qū)。

1.1 工作面概況

該礦410盤區(qū)大采高綜采隊已采出3個工作面,工作面基本情況見表1。

表1 工作面基本情況表

工作面的偽頂為碳質泥巖,局部層理節(jié)理較發(fā)育,厚度0.2～0.9 m;直接頂為灰白色中砂巖-粉細砂巖互層,厚21.44～14.6 m,含二硫化鐵結核,水平層理發(fā)育,普氏硬度系數(shù) f=7以上;直接底為灰白色細砂巖-粉細砂巖互層,層理發(fā)育,厚度5.96～3.31 m。

工作面煤層為一單斜構造,北高南低,局部有一層夾石,厚度0.85～0.5 m,平均0.6 m。8611工作面無斷層及其他構造,81001和81003工作面有斷層7條,落差從0.6～1.7 m,沖刷一處,沖刷地點煤層最薄處為3.0 m。工作面煤層距9#煤層約為39m,距7#煤層約為73 m,距3#煤層約為112 m。

1.2 工作面配套設備

3個工作面設備均配備MG800/2000-GWD型雙滾筒采煤機1部、ZZ9900/29.5/50型支撐掩護式支架百余架、SGZ-1000/1050型刮板輸送機1部、SZZ-1000/375型轉載機1部、PCM-250型錘式破碎機1臺、BRW500/31.5型乳化液泵2臺,以及SSJ-1200/250×2型可伸縮帶式輸送機1部。

ZZ9900/29.5/50型支撐掩護式支架技術特征:支架初撐力7734 kN(P=31.4 MPa);支架工作阻力 9900 kN(P=40.2 MPa);支架支撐高度2.95～5.0 m;支架中心距1.75 m;支架重量31.5 t。

1.3 采煤工藝

采用傾斜長壁后退式綜合機械化采煤工藝,采煤機落煤、裝煤,采用刮板輸送機運煤,液壓支架支護工作面頂板,采用自然垮落法結合人工強制放頂管理采空區(qū)頂板,采高4.8 m,煤層厚度大于4.8 m時,見底板留頂煤開采,煤層厚度小于3.0 mm時,根據(jù)工作面實際情況割底或割頂開采,循環(huán)進度0.865 m。

2 停采支護設計方案

2.1 關鍵參數(shù)的選擇

因大采高工作面采場空間大,斷面大,采空區(qū)和機道頂板容易塌落,工作面煤壁容易產生深度片幫,在停采和撤架期間易發(fā)生冒頂事故。根據(jù)大采高工作面實際情況,在進行停采支護設計時,要充分考慮工作面的特點及撤退設備的需要,確定以下參數(shù):

(1)明確合理的停采線位置,并對停采線附近頂板巖性、上覆狀況等情況進行鉆孔分析,以避免或減少頂板周期來壓、上覆應力區(qū)等對收尾的影響;

(2)確定合理的采高、留頂煤或留底煤收尾及撤架機道寬度;

(3)確定鋪設金屬網長度、位置、金屬網層數(shù)和規(guī)格;

(4)根據(jù)頂板巖性,確定錨索和錨桿支護的間排距、錨索長度;

(5)確定工作面煤壁護幫措施;

(6)考慮頂板難以支護及發(fā)生變化時的補強支護措施。

2.2 停采支護方式的選擇

2.2.1 停采期間采高的確定

停采期間要選擇合理的采高,主要有以下考慮:

(1)降低采高可縮小采場空間,有利于停采支護對頂板的有效維護;

(2)合理的采高應滿足停采后撤架通道的高度和支架轉向方便的需要;

(3)采高要留有余量,以防止因停采后和撤架期間工作面頂板壓力逐漸增大,頂板下沉量也逐步加大,造成撤架通道高度降低和壓架事故發(fā)生。

由于工作面使用ZZ9900型液壓支架,支架支撐高度為2.95～5.0 m,支架主頂梁平面至側護板下端的高度為0.6 m。因此,工作面停采期間的采高為最小支撐高度 (2.95 m),加上支架主頂梁平面至側護板下端的高度 (0.6 m),再加上備用高度,根據(jù)生產過程中頂板來壓及支架收縮情況,備用高度取0.65 m,因此采高確定為4.2 m。

2.2.2 停采期間割煤工藝的確定

由于工作面停采期間煤層厚度最低在5.1 m以上,且采高確定為4.2 m,故需要選擇留頂煤還是留底煤割煤。考慮到停采過程中,直接頂不平整,頂煤在0.9～2.5 m之間變化,頂煤能夠完整留住且采煤機可以割平頂板,保證頂煤平整,有利于支架接頂。同時,如果留底煤開采,則撤設備及支架時,由于底煤松軟會出現(xiàn)凹凸不平現(xiàn)象,給設備的行走帶來困難。如果留頂煤見底板停采,由于底板堅硬有利于設備快速撤走。因此,停采期間選擇留頂煤見底板的割煤工藝。

2.2.3 撤架機道寬度的確定

根據(jù)工作面支架撤出時所需轉向寬度的理論計算和現(xiàn)場實測,支架降到4.0 m時所撤支架要求機道寬度為4.3 m,考慮到外部原因和其它余量,確定撤架機道寬度為4.6 m。

2.2.4 工作面停采支護方法的確定

工作面停采過程中頂板采取“網+繩+梁+錨索”方式支護。

(1)金屬網為1.95 m×5 m菱形網 (根據(jù)本支架定制),鋪網長度17 m(前1.5 m落地段為單層,后面垂直段和鋪頂段為雙層),見圖1。

(2)從距液壓支架頂梁端0.5 m開始每隔0.8 m布置一根傾向鋼絲繩,通過錨索將鋼絲繩兩端分別固定在工作面頭尾端頭,鋼絲繩要拉緊繃直,中間每隔0.2 m用聯(lián)網鐵絲與頂網固定,見圖1。

(3)液壓支架頂梁上布置3排傾向梁,梁長4.5 m;每個支架中心線對正機道位置布置1根走向梁 (錨索梁),梁長4.8 m,鋼梁兩端打眼用錨索固定,見圖2。

(4)液壓支架頂梁及機道上方布置7排錨索,錨索直徑15.24 mm、長6.0 m;其中機道上方可布置成3排錨索或補強為3排錨索與2排錨桿聯(lián)合支護的方式,見圖2。

工作面煤壁護幫支護方式為:金屬網+4排錨索錨桿,從上往下分別為錨索、錨桿、錨索、錨桿,距頂板距離分別為0.5 m、1.0 m、2.0 m、3.3 m,錨索長4.0 m,螺紋鋼錨桿長1.7 m,其中最上面一排錨索要有仰角,錨固在頂板上?，F(xiàn)場需要時,最上面的一排可補強為1 m的短錨索梁。2.2.5 停采期間“一通三防”

工作面采用一進一回的“U”形通風,工作面配風量為1800 m3/min。由于工作面瓦斯最大涌出量15 m3/min,當工作面開采至150 m后,上隅角瓦斯涌出量明顯增大。采取的措施有:在工作面尾部安裝了2道可伸縮式風帳;在回風巷安裝JBT-52型 (功率2×11kW)抽出式通風機,用來排放工作面上隅角瓦斯;另外要保證瓦斯檢測、監(jiān)控設備的正常使用及維護。

根據(jù)工作面的開采工藝和防火經濟指數(shù),并參考該礦綜放面的防火經驗,決定采用噴灑阻化劑的工藝防止采空區(qū)遺煤自燃。噴灑方法是分別在上下巷道建立移動式阻化泵站,選用阻化效果好的工業(yè)氯化鈣 (CaCL2·5H2O)作為阻化劑,向采空區(qū)噴灑阻化溶液,阻化溶液濃度必須達到 15%～20%。在生產過程中,重點為“三線一帶”的噴灑,一周2次。距停采線40 m范圍內,除在上、下隅角各20 m噴灑外,還在工作面中部進行加強噴灑。

2.2.6 設備回收方法

在工作面頭、中、尾部分別安裝45 kW雙速絞車,在工作面回風巷 (設備撤出使用的巷道)超前位置打一設備吊裝硐室用于設備裝車。撤架過程采用機道布置兩個掩護支架進行撤架,每撤1架支架,掩護架邁步前移1次,使用叢柱支護撤架三角區(qū)空間。

3 應用效果分析

通過該礦3個大采高工作面的停采搬家實踐,應用多種支護技術的變化與組合,尤其是鋪設鋼絲繩與錨索網聯(lián)合支護,對于撤架三角區(qū)與機道頂板的支護起到了較好效果。

雙層金屬網與傾向鋼絲繩對破碎頂板的包裹效果好,不宜發(fā)生扯網現(xiàn)象。

傾向梁、錨索配合有效支護了支架上方頂板,并有利于撤架三角區(qū)的形成和加強臨時支護,保證了撤架安全。

錨索與走向梁的配合使主動與被動支護融為一體,有效地將頂板加固為穩(wěn)定的整體結構。

工作面煤壁通過錨網護幫,解決了煤壁片幫和頂板邊角發(fā)生大的離層問題。

由于工作面采高在4.2 m,停采支護期間架梁、安裝鋼絲繩、安裝托板、掛網挑網等均需登高作業(yè),要使用專業(yè)凳子并在機道支設木支柱作為臨時支護。

為防止工作面煤壁片幫擴大,護幫時采取先割頂?shù)恫⒅ёo上半部煤壁,再割底刀并支護下半部煤壁,從而實現(xiàn)了有效護幫與操作安全。

4 結論

高瓦斯厚煤層大采高綜采面停采支護技術,由于對頂板尤其是撤架通道上方頂板的強力支護,在投入上比一般綜采工作面要大,但杜絕了回撤設備與支架期間的頂板下沉及破碎冒落、扯金屬網、壓架等事故,避免了后續(xù)頂板支護材料和工時投入。該方案在技術上可行,安全上可靠,使搬家總時間大幅縮短為12 d,提前10 d進入新工作面生產,為同類情況下的停采支護工作積累了寶貴的經驗,有較大推廣價值。

[1]朱慶文.大采高綜采工作面成套技術 [J].煤炭技術, 2004(11)

[2]楊緒忠,李波,劉思佳.綜采工作面拆除時的頂板管理 [J].煤礦開采,2002(4)

[3]田文良,朱加強.錨網支護技術在綜采工作面收作中的應用 [J].煤礦現(xiàn)代化,2006(5)

[4]秦其智.大采高工作面停采頂板支護新方法 [J].科技信息,2009(23)

[5]邵玉峰.利用錨網錨索聯(lián)合支護來實現(xiàn)綜采工作面的快速回撤 [J].黑龍江科技信息,2009(17)

(責任編輯 張毅玲)

A research on the support for longwall face stoppage in highly gassy coal seams with big mining heights

Wang Cunquan

(Yungang Coal Mine,Datong Coal Mine Group Co Ltd,Datong,Shanxi province 037017,China)

TD355.44

B

王存權 (1966-),男,山西大同人,碩士研究生,高級工程師,現(xiàn)任大同煤礦集團公司云崗礦礦長,長期從事煤礦生產管理工作。