王冬波

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京),北京 100083)

綜放工作面松軟煤體條件下停采支護(hù)技術(shù)與實(shí)踐

王冬波

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京),北京 100083)

同煤國(guó)電同忻煤礦石炭系3～5#煤體較松軟, 8106工作面停采支護(hù)方法主要是“鋼帶+錨桿”、“工字鋼梁+錨索”、組合錨索和頂板鋪金屬網(wǎng),但由于煤體松軟、頂煤破碎、煤壁片幫深,支護(hù)工作難以正常進(jìn)行。為了解決以上問(wèn)題,采取了“煤體注固化劑+煤壁穿鋼針”、加打帶工字鋼角錨索和頂錨索、空頂處采用煤體充填材料充填等方法,使松散煤體粘結(jié)成為整體,控制住了頂板和片幫,實(shí)現(xiàn)了安全停采,保證了設(shè)備安全撤退。

綜放工作面停采 松軟煤體固化 煤壁穿鋼針

1 工作面概況

1.1 工作面地質(zhì)概況

該工作面主采煤層為石炭二疊紀(jì)3～5#煤層，走向長(zhǎng)度為1731.2～1738.4m，平均1734.8m，可采走向長(zhǎng)度為1479m，工作面傾斜長(zhǎng)度為200m。采高3.9m，平均放頂煤厚度11.08m，采放比1：2.9。

煤層結(jié)構(gòu)為復(fù)雜結(jié)構(gòu)，含4～10層夾石。

本面上覆為煤峪口礦侏羅系9、11、14號(hào)煤層采空區(qū)，與該層間距為125m～140m。

1.2 工作面巷道情況

本工作面為一進(jìn)兩回三巷布置，2106巷為進(jìn)風(fēng)運(yùn)煤巷，5106巷為回風(fēng)運(yùn)料、運(yùn)人巷，兩巷均沿煤層底板掘進(jìn)；8106工藝巷為回風(fēng)及抽放瓦斯巷工藝巷沿煤層頂板開(kāi)掘。支護(hù)方式為“錨桿+鋼帶”和“錨索+工字鋼梁”與護(hù)網(wǎng)和噴漿。巷道規(guī)格為：

2106巷：寬×高=5.3m×3.9m

5106巷：寬×高=5.3m×3.6m

8106工藝巷：寬×高=×3.6m×2.7m

1.3 工作面設(shè)備及采煤工藝

本工作面采用單一走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤開(kāi)采的采煤方法，用Eickhoff SL-500AC型采煤機(jī)落煤、裝煤，42×1000×268AFC 2×1050KW TTT型前部刮板運(yùn)輸和42×1250×268AFC 2×1050KW TTT型后部刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤，ZF15000/27.5/42型低位放頂煤支架支護(hù)頂煤、頂板。

圖1a 注漿孔平面示意圖

圖1b 注漿孔剖面示意圖

采煤工藝：采煤機(jī)斜切進(jìn)刀→割煤→移架→推前溜→放頂煤→拉后溜，此為一個(gè)正規(guī)循環(huán)，照此往復(fù)不斷割煤。采煤機(jī)采用雙向割煤法。采煤機(jī)進(jìn)刀采用在工作面兩端頭斜切割三角煤進(jìn)刀法。放煤采取一刀一放間隔多輪折返放煤方法，工作面正常時(shí)，兩端頭過(guò)渡支架處不放煤，即頭三尾四架不放煤，其它地點(diǎn)全部放煤，見(jiàn)矸關(guān)窗。

支架布置：全工作面共布置118架支架，頭1#為端頭支架，頭2#、3#、4#和尾115#、116#、117#、118#為過(guò)渡支架，其它為中間支架，相鄰支架中心距為1.75m。工作面最大控頂距為6455mm，最小控頂距5655mm，端面距340mm。

液壓支架技術(shù)參數(shù)：(如表1)

表1

1.4 頂?shù)装迩闆r：(如表2)

表2

2 停采期間工作面狀況

(1)距停采線前100多米，工作面煤體一直松軟破碎，周期來(lái)壓頻繁、壓力大、來(lái)壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響寬度大(10#～100#支架)，機(jī)道頂煤十分破碎，機(jī)道煤體片幫嚴(yán)重。為了尋找頂煤較完整、煤體較堅(jiān)硬的位置進(jìn)行停采，繼續(xù)向前推進(jìn)超過(guò)原定停采線鋪網(wǎng)線12.8米，但機(jī)道頂煤仍較破碎、片幫煤還很嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看和分析，即使再向前推進(jìn)也難以找到煤體完全轉(zhuǎn)好的情況，最后選擇頂煤多處相對(duì)較完整和煤壁多處相對(duì)片幫少的位置進(jìn)行停采支護(hù)，決定了停采鋪網(wǎng)線。

圖2a 注漿前機(jī)道煤體松軟破碎、片幫大

圖2b 注漿后煤體固化成整體、煤壁平整

圖3a 煤壁鋼針平面布置示意圖

圖3b 煤壁鋼針剖面布置示意圖

(2)本面外部為同忻礦第二瓦斯抽放峒室，峒室處在5106巷和2106巷煤體之間。為了保證與瓦斯抽放峒室留有安全的保護(hù)煤柱，確定原停采線距峒室相距260米，故即使工作面煤體松軟、頂煤破碎、片幫煤大，也不能繼續(xù)向前過(guò)多地推進(jìn)，只能采取注入煤體固化劑和充填劑、煤體中穿鋼針、補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、調(diào)整采煤工藝等方法進(jìn)行強(qiáng)行停采。

3 煤體破碎、片幫大原因分析

(1)煤體本身的結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵因素。煤層賦存成波浪狀，粘結(jié)性差，無(wú)穩(wěn)定的層面。

(2)周期來(lái)壓頻繁、壓力大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，使煤體受力破碎更加松散。由于煤體受壓，使得煤體中存在裂隙較多，煤體較軟，煤體中節(jié)理裂隙發(fā)育，破壞其整體性，降低了內(nèi)聚力，易引起煤體沿節(jié)理裂隙面破壞，導(dǎo)致片幫。

(3)片幫大，機(jī)道空頂面積大，煤壁支承壓力前移，機(jī)道頂煤和煤壁破碎帶前移。片幫誘發(fā)機(jī)道冒頂，機(jī)道冒頂支架接頂不良，煤壁承受壓力增大，從而加劇了片幫，形成惡性循環(huán)。

(4)要想控制機(jī)道頂板，必須控制煤壁片幫。這就是以下所采取措施的著眼點(diǎn)。即從固化機(jī)道煤體入手，來(lái)控制煤壁片幫，進(jìn)而控制頂板的完整性。

4 采取的措施

(1)頂煤破碎、片幫大，優(yōu)化采煤工藝，強(qiáng)化頂板管理。從采煤工藝上，割煤時(shí)采用“單向割煤”法，移架采用“超前二次移架”法，放慢割煤速度、縮小支架追機(jī)距離，及時(shí)支護(hù)機(jī)道頂板，最大限度地減少機(jī)道漏煤。

由原來(lái)的雙向割煤，變?yōu)閺奈蚕蝾^割實(shí)煤、從頭向尾返空刀的單向割煤。支架超前二次移架，及時(shí)護(hù)住機(jī)道頂煤和煤幫。

合理地選擇支架后擺梁擺起高度并將后插板伸出到最大位置，使支架后部放煤口減到最小，控制支架后方頂煤不流入后部運(yùn)輸機(jī)，可緩減頂板壓力，有利于頂板管理。

(2)初次上網(wǎng)方法，使用“壓鋼管掛網(wǎng)”法，完成了頂煤破碎區(qū)初始掛網(wǎng)。開(kāi)始鋪網(wǎng)時(shí)，由于工作面中部頂煤破碎，無(wú)法按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行打固網(wǎng)鋼帶和錨桿，使用了6米長(zhǎng)2寸鋼管“壓管掛網(wǎng)法”，保證了初步上網(wǎng)的成功。

(3)在原定停采支護(hù)方案的基礎(chǔ)上，機(jī)道煤壁穿鋼針，控制機(jī)道頂板，效果明顯。在工作面機(jī)道頂煤破碎處，沿頂板垂直煤壁穿入φ 42-4×1.5m的高強(qiáng)度螺旋鉆桿鋼針，每個(gè)支架穿4～5根鋼針，并配合注入煤體加固劑，有效地固化了煤體，控制住了機(jī)道頂板。注入了“永固S”煤體加固劑，保證了頂煤的相對(duì)完整性、減輕了機(jī)道煤體片幫程度，為停采打鋼帶錨桿和工字鋼錨索創(chuàng)造良好的條件，是工作面停采支護(hù)所采取的關(guān)鍵措施之一。

(4)機(jī)道頂煤破碎處和片幫地點(diǎn)，補(bǔ)打了角錨索和頂錨索，增加了支護(hù)密度、強(qiáng)度和深度，有效地控制了破碎頂板。在機(jī)道補(bǔ)打了角錨索，在頂板補(bǔ)打了補(bǔ)強(qiáng)錨索，補(bǔ)強(qiáng)錨索使用φ21.8×8.3m錨索帶0.6m長(zhǎng)11#工字鋼，取得了明顯的效果。

(5)局部空頂處，注入充填劑。在空頂處注入了羅克休煤體充填劑，保證了支護(hù)接頂，控制住了漏煤。

5 應(yīng)用情況

5.1 煤體注固化劑

(1)固化劑材料：永固S漿料，此產(chǎn)品為山東固安特工程材料有限公司生產(chǎn)，“永固S”屬加固型材料，主要針對(duì)井下破碎煤、巖體加固，有效防止片幫、冒頂、工作面垮落等危險(xiǎn)的發(fā)生和治理。此產(chǎn)品分A、B 料按1：1配制注入。

(2)注漿孔布置：從工作面距停采線12米時(shí)開(kāi)始注入。第一輪注漿，沿煤壁每10米布置一個(gè)孔，孔徑￠42mm，距底板3.5米，與水平面呈10～15度角度傾斜向上垂直煤壁方向打孔，孔深7米，用專用封孔器封孔，每孔注漿1.5噸；第二輪注漿，推進(jìn)兩個(gè)循環(huán)(1.6米)后，與第一輪注漿孔間隔打孔。之后每推進(jìn)兩個(gè)循環(huán)注一次漿，共注入漿5輪。

(3)注漿前后效果比較：

注漿前：頂煤破碎，無(wú)法鋪網(wǎng)和打支護(hù)孔；煤體松散片幫深1.5米左右；機(jī)道頂煤易垮落形成漏頂空洞，支架不能接頂，錨桿和錨索支護(hù)不能接頂。作業(yè)時(shí)安全系數(shù)低。

注漿后：破碎煤體相互粘結(jié)成整體，頂板相對(duì)完整，片幫減小，便于鋪網(wǎng)和打支護(hù)，錨桿和錨索支護(hù)及支架接頂情況大大改善，提高了作業(yè)時(shí)的安全性。

5.2 煤壁穿鋼針

只注入煤體固化劑，頂板仍難以固化成整體頂板層面。故沿機(jī)道煤壁距底板3.8米高，每架支架前方穿入4～5根鋼針，鋼針規(guī)格為φ42-4×1.5m的高強(qiáng)度螺旋鉆桿鋼針，鋼針間距為0.4米，鋼針穿入煤壁深度為5.5米，外露0.5米，鋼針與煤壁垂直布置。

穿鋼針之后，及時(shí)注入煤體固化劑，煤體固化劑滲透在鋼針周圍與煤體形成一個(gè)完整的層面，這樣就形成了一個(gè)人工固化頂板穩(wěn)定層面，保證了支護(hù)和支架接頂。

5.3 機(jī)道打角錨索和頂板打補(bǔ)強(qiáng)錨索

(1)通過(guò)注煤體固化劑和穿鋼針后，局部地點(diǎn)仍不能控制破碎頂板和片幫時(shí)，先將金屬網(wǎng)鋪好，在機(jī)道煤壁頂角處，距底板3.9米高傾斜向上打帶0.6米工字鋼錨索，錨索規(guī)格為φ21.8×8.3m錨索，控制機(jī)道局部頂煤和片幫煤漏下。

(2)對(duì)于頂板局部漏頂高冒點(diǎn)，及時(shí)補(bǔ)打帶0.6米長(zhǎng)工字鋼的頂錨索，錨索規(guī)格為φ21.8×8.3m或φ21.8×10.3m。

6 實(shí)施效果

(1)要頂煤破碎、煤體松軟、片幫嚴(yán)重的情況下，施工錨桿孔和錨索孔時(shí)，打眼夾桿，錨桿或錨索難以插入孔內(nèi)，錨固失敗，錨固力達(dá)不到要求等，支護(hù)工作難以進(jìn)行。

(2)通過(guò)采取煤體固化、穿鋼針、補(bǔ)強(qiáng)角錨索和頂錨索等綜合措施，并通過(guò)優(yōu)化采煤工藝及時(shí)護(hù)幫、護(hù)頂，使松軟煤體趨于完整，提高了打支護(hù)的速度，提高了支護(hù)質(zhì)量，最終完成停采支護(hù)工作，保證了設(shè)備安全撤退。

(3)按計(jì)劃時(shí)間完成了停采支護(hù)工作，為工作面停采后撤設(shè)備和采空區(qū)的正常封閉贏得了時(shí)間，避免了采空區(qū)煤炭自燃發(fā)火。

7 結(jié)語(yǔ)

松軟煤層放頂煤工作面，在停采時(shí)一定會(huì)遇到頂煤破碎、煤體片幫大的情況，停采支護(hù)工作難以進(jìn)行。通過(guò)同忻礦8106工作面在松軟煤體情況下停采過(guò)程中取得的成功經(jīng)驗(yàn)，采取“一優(yōu)三強(qiáng)”的松軟煤層控制方法，即“優(yōu)化采煤工藝”、“強(qiáng)支護(hù)”、“強(qiáng)控制”、“強(qiáng)固化”的方法，有很好的借鑒價(jià)值。

王冬波,男,1971年7月,高級(jí)工程師,同煤國(guó)電同忻煤礦副總工程師。