石長青

(山西焦煤霍州煤電集團(tuán)團(tuán)柏煤礦)

某礦大傾角煤層回采巷道頂板結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定性分析

石長青

(山西焦煤霍州煤電集團(tuán)團(tuán)柏煤礦)

大傾角煤層回采巷道頂板結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定性關(guān)系著煤炭開采的順利進(jìn)行。以某礦為例，對(duì)主要采煤方法及工藝流程進(jìn)行了詳細(xì)討論，在此基礎(chǔ)上對(duì)煤層回采巷道頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，對(duì)于確保該礦安全生產(chǎn)有一定的參考價(jià)值。

大傾角煤層 回采巷道 頂板結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性分析

煤炭資源是我國的主要能源之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國約有17%的煤層為大傾角煤層，開采難度較大，易發(fā)生安全事故，導(dǎo)致開采過程中斷[1-4]。隨著綜采技術(shù)的不斷完善，大傾角煤層開采技術(shù)已取得較大發(fā)展。但大傾角巷道頂板支護(hù)問題仍是制約該類煤層安全開采的主要因素。故本研究以某礦為例，進(jìn)行大傾角煤層回采巷道頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析。

1 工程概況

1.1 礦山概況

某煤礦位于山西省霍州，煤層平均厚度2.55 m，工作面為較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)煤層；含一層夾矸，以泥巖、炭質(zhì)泥巖為主，煤層傾角 2°～14°，平均6°；煤層層理呈發(fā)育狀態(tài)，煤層節(jié)理呈中等發(fā)育狀態(tài)。由于該煤層地質(zhì)情況復(fù)雜，據(jù)勘查顯示，影響該煤礦工作面生產(chǎn)的主要含水層為K2、O2灰?guī)r溶隙含水層，其中，K2灰?guī)r位于煤層上部，距煤層平均為3.05 m，為該煤層工作面的直接充水水源，涌入方式以淋水為主。

1.2 采煤方法及工藝流程

針對(duì)該礦煤層特殊情況，采用綜合機(jī)械化沿煤層頂?shù)装逡淮尾扇邇A向長壁采煤法，采空區(qū)采用全部垮落法處理，具體回采工藝流程如圖1所示。

圖1 煤層回采主要工藝流程

(1)割煤、裝煤。工作面采用端頭斜切進(jìn)刀方式，機(jī)組由機(jī)頭(尾)開始牽引割煤，機(jī)組前滾筒割上刀煤，后滾筒割下刀煤。割過煤后，要求煤壁平直，并與頂?shù)装宕怪?，最小采高?yīng)保證采煤機(jī)順利通過。

(2)運(yùn)煤。工作面采用雙鏈可彎曲刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，順槽采用可伸縮膠帶輸送機(jī)，最后通過皮帶機(jī)頭溜煤斗卸至二采區(qū)水平皮帶巷皮帶上。

(3)移架。割煤前，首先將滾筒前方支架護(hù)板收回，并按機(jī)組前進(jìn)進(jìn)度依次收回，到位后搬動(dòng)升柱手把，確保支架接頂嚴(yán)實(shí)。

(4)推溜。采煤機(jī)割過煤后15 m，即可順序推溜，推溜時(shí)須多架支架同時(shí)操作，以防溜子出現(xiàn)急彎或脫節(jié)，推溜時(shí)根據(jù)情況可多次或一次推到位。

(5)清煤。拉架、推溜后即可沿工作面切巷擋煤板與支架底座間進(jìn)行清煤，確保2 m2內(nèi)浮煤厚度小于30 mm，且無大塊煤矸。

(6)推移轉(zhuǎn)載機(jī)。推移轉(zhuǎn)載機(jī)時(shí)，應(yīng)清理該區(qū)段范圍內(nèi)的雜物，檢查移動(dòng)范圍內(nèi)支柱、支護(hù)及設(shè)備情況，頂推時(shí)，作業(yè)區(qū)域內(nèi)嚴(yán)禁有人停留，操作應(yīng)統(tǒng)一指揮，防止損壞設(shè)備。

2 回采巷道頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

2.1 煤層工作面頂板控制

兩巷超前、端頭及封口柱應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，距煤壁5 m范圍內(nèi)應(yīng)加密支柱，同時(shí)在臨近工作面?zhèn)认蚯许斁€處應(yīng)設(shè)戧柱。工作面停采前應(yīng)有效控制采高，同時(shí)，工作面過斷層應(yīng)加強(qiáng)支架管理，并控制好設(shè)備運(yùn)行，嚴(yán)禁設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行不暢或“帶病”運(yùn)轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。工作面頂板破碎冒落一定距離后，應(yīng)進(jìn)行構(gòu)頂操作，以免出現(xiàn)危險(xiǎn)。

2.2 正巷、副巷超前維護(hù)方式

基于該礦工作面基本情況，在工作面煤壁10 m內(nèi)設(shè)2排支柱，同時(shí)，向工作面煤壁起臨近工作面一側(cè)設(shè)單排支柱，支柱間距應(yīng)滿足作業(yè)人員行走要求，超前支護(hù)可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)延長。副巷可采用超前支護(hù)進(jìn)行支撐，設(shè)后置式支架。兩巷頂板不平或局部漏頂處須采取有效措施，超前支護(hù)應(yīng)保證其可靠性(圖1)。

圖1 工作面及巷道平面(單位:m)

2.3 機(jī)頭及機(jī)尾支護(hù)方式選擇

當(dāng)工作面兩端頭支架與煤柱間距小于1.2 m時(shí)，采用單體柱配合金屬小梁進(jìn)行支護(hù)。工作面往外20 m范圍內(nèi)，高度不得小于1.8 m，寬度不得小于0.8 m，否則須制定專項(xiàng)措施，確保安全出口符合規(guī)定。安全出口須安設(shè)專人維護(hù)，確保安全出口范圍內(nèi)支護(hù)完好合格，無淤泥積水、無雜物，確保通風(fēng)、行人，運(yùn)輸斷面規(guī)格符合規(guī)定。

2.4 封口柱支護(hù)方式選擇

封口柱采用長為1 m的π梁配合單體支柱支護(hù)，小梁與巷道平行支設(shè)，柱間距0.3 m，基本支架與煤壁間距小于0.3 m時(shí)不進(jìn)行支護(hù)，大于0.3 m時(shí)，每0.3 m支設(shè)一根單體柱配合長1 m的金屬小梁，嚴(yán)禁提前回柱和同時(shí)回多根支柱?；爻贩饪谥毑捎脵C(jī)械回柱，回柱時(shí)，兩人操作，一人操作回柱手把卸液，一人觀察頂板情況，選擇安全可靠的地點(diǎn)懸掛拔柱器，若發(fā)現(xiàn)異常，立即停止回柱作業(yè)進(jìn)行處理。

3 礦壓及支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測內(nèi)容

為加強(qiáng)對(duì)煤層回采穩(wěn)定性與安全性管理與控制，應(yīng)加大礦壓觀測力度，如支架阻力觀測、巷道圍巖變形觀測、巷道頂?shù)装逡平坑^測、順槽超前支護(hù)范圍內(nèi)單體液壓支柱阻力觀測以及支護(hù)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測等。對(duì)于支護(hù)監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容需包括支架初撐力、煤壁片幫情況、梁端距、采高及端面頂板冒落情況、兩順槽單體支柱初撐力、超前支護(hù)質(zhì)量等。

4 結(jié) 語

以某礦為例，分析了該礦采煤方法及工藝流程，對(duì)該礦回采巷道頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并對(duì)該礦礦壓及支護(hù)質(zhì)量的監(jiān)測內(nèi)容進(jìn)行了討論，對(duì)于確保井下煤層安全回采有一定的借鑒價(jià)值。

[1] 嚴(yán) 紅，何富連，徐騰飛，等.高應(yīng)力大斷面煤巷錨桿索桁架系統(tǒng)試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2012(S)：257-262.

[2] 王漢鵬，李術(shù)才，李為騰，等.深部厚煤層回采巷道圍巖破壞機(jī)制及支護(hù)優(yōu)化[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2012(5)：631-636.

[3] 張向陽，楊 科.不同煤層傾角錨桿支護(hù)巷道圍巖受力特征物理模擬研究[J].煤礦開采，2014(2)：58-62.

[4] 單仁亮，孔祥松，李 斌，等.大斷面直墻半圓拱巷道支護(hù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].中國礦業(yè)，2014(1)：87-91.

2016-09-01)

石長青(1975—)，男，工程師，031400 山西省霍州市。