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        基本頂直覆之下合理采煤工藝實踐研究

        2018-11-01 05:44:50程晉孝
        山東煤炭科技 2018年10期
        關(guān)鍵詞:支架

        程晉孝

        (淮南礦業(yè)集團潘集第一煤礦,安徽 淮南 232082)

        潘一礦經(jīng)過多年的開采,采場能力不足,西翼采區(qū)不得不提高回采上限開采。1602(3)上提工作面是礦井當年的重點接替工作面,因此,該面安全開采的可行性、技術(shù)路線的成功與否是亟待研究解決的課題。

        1 工作面概況

        1602(3)工作面設(shè)計(見圖1)位于潘一礦西三上山采區(qū)F8正斷層~F5逆斷層之間,為13-1煤實體塊段。工作面走向長750 m,面長147.6 m。正常段13-1煤厚1.9~4.9 m,平均厚約3.4 m,煤層平均傾角6°。煤層頂板為基本頂直覆,基本頂砂巖累計均厚13 m、最大厚度27 m。

        2 初期綜采遇到的難題

        2.1 回采裝備

        工作面可采走向長695 m,傾斜長147.6 m,切眼中下部揭露H=0.9 m及H=2.5 m兩個正斷層組成的煤層變薄帶,傾向影響70 m。工作面安裝ZZ6400/18/38型液壓支架(實際工作阻力7200 kN)100架,MG650/1620型 采 煤 機 一 臺,SGZ-1000/2×700型刮板輸送機一臺。

        圖1 1602(3)工作面巷道布置圖

        2.2 工作面初次來壓情況

        該面于當年8月29日由綜采二隊進行試生產(chǎn),9月4日16:00工作面初次來壓開始顯現(xiàn),9月6日中班回采1峒煤后,工作面來壓顯現(xiàn)明顯(此時,平均推進36.7 m,不含切眼7.6 m),來壓集中在構(gòu)造帶附近。工作面中部液壓支架安全閥大面積卸液,支架活柱伸出量迅速減少,38~65架煤機無法通過。來壓時支架頂梁上方及老塘頂板突然下沉壓在支架上,頂板沒有明顯斷裂和臺階下沉現(xiàn)象。

        2.3 工作面礦壓觀測情況

        工作面總共設(shè)置10組觀測點,每10架一組,每組兩個壓力表。通過統(tǒng)計分析:初采時,支架前、后立柱壓力均在11.8~16 MPa,壓力較?。?月7日左右壓力達到峰值,支架前、后立柱均在35 MPa以上,之后大致維持在30 MPa左右。

        礦壓變化情況見圖2。

        圖2 工作面礦壓觀測曲線圖

        2.4 工作面搶險

        9月6日成立了搶險領(lǐng)導(dǎo)小組,抽調(diào)大量人員協(xié)助綜采二隊人工臥底,強行推進。但進度異常慢,9月6日至~9月26日,工作面僅推進9.1m(上6.2m、下12m)。

        因工作面中部發(fā)育煤層變薄帶,人工打眼放炮臥底,工作量大;同時,礦壓顯現(xiàn)劇烈,每次臥好鏈板機及架腳后待拉架時,支架立柱又被壓死,導(dǎo)致工作面重復(fù)臥底、拉架、壓架,進度緩慢且支架損毀嚴重。9月29日停止搶險,決定拆除部分設(shè)備,改造工作面。

        3 后期普采工作面

        3.1 工作面新切眼設(shè)計、安裝

        工作面新切眼撇開構(gòu)造,設(shè)計位于1號異常區(qū)以外,切眼中距老工作面煤壁128m,斜長148m,設(shè)計凈斷面3.0×2.7m。

        工作面改造后采用高檔普采,設(shè)備使用MG2-150/375型采煤機,SGZ630/264型運輸機和SGZ150型轉(zhuǎn)載機。在新切眼工字鋼棚內(nèi)套DZ-28單體,配合HDJA-1000鉸接梁,一梁一柱走向棚。

        3.2 新工作面初次放頂

        初放期間,工作面采用3~5排管理,10 m一個木垛(中-中),抗棚、抗柱架設(shè)齊全。為防止工作面老塘懸頂不冒落,減輕基本頂來壓對工作面的影響,對老塘側(cè)頂板進行松動爆破強制放頂。具體措施:初采3峒(3 m)后,在切頂線處向老塘頂板進行打眼,回柱后裝藥放炮。炮眼采用單排眼直線式布置,炮眼深度2.2 m(可根據(jù)現(xiàn)場具體情況適當調(diào)整),眼距沿傾斜方向2.0~3.0 m,仰角60°,每孔內(nèi)裝藥量2卷,裝2個雷管同時起爆。第一次強制放頂必須使老塘頂板形成一道溝,否則必須補打炮眼。在工作面回采35 m時,老塘頂板可以充分冒落,證明強制放頂措施有效,頂板、煤幫壓力得到了有效釋放。

        3.3 為避開大斷層影響,改造工作面順槽

        由于下順槽在F8、f9、f10斷層附近,為減輕大斷層對回采的影響,在距切眼465 m位置重新改造順槽,面長縮短了27 m。提前做好改造順槽后,在供電、出煤系統(tǒng)切換時,工作面僅停采一天就恢復(fù)了正常生產(chǎn)。

        3.4 礦壓觀測

        與安徽理工大合作,在工作面及上、下風(fēng)巷布點觀測。布點觀測一個月期間,觀測到三次周期來壓,來壓步距依次分別為8.5m、5.5m、9m。周期來壓步距范圍為5.5~9m,平均來壓步距為7.8m。周期來壓較頻繁,來壓持續(xù)時間大約為三個小班。周期來壓期間工作面最大工作阻力平均在17~23MPa,非周期來壓期間的工作阻力平均在6~9MPa。

        根據(jù)觀測,工作面前方16m范圍內(nèi)為采動影響劇烈區(qū),巷道頂?shù)缀蛢蓭鸵平俣容^快,最大移近速度為85mm/d。

        3.5 工作面收作

        合理確定收作位置并編制針對性收作措施。工作面采取套棚收作,每棚一梁三柱,中柱用單體。收作期間采高保持1.8m以上高度,收作結(jié)束時老塘木棚腿鉆底量在0.4~0.8 m之間,壓力不明顯,煤幫穩(wěn)定,說明收作位置選擇恰當,避開了周期來壓影響,僅用時3 d,工作面安全收作。該面共累計出煤39.6萬t,月產(chǎn)最高達到6.4萬t,平均推進度3.5峒/天,安全無事故。

        4 開采成敗原因分析

        4.1 綜采工作面壓架原因分析

        (1)潘一礦之前曾經(jīng)回采了7個提高上限工作面, 1402(3)工作面為第一個采用綜采工藝的工作面。1402(3)工作面與1602(3)工作面地質(zhì)條件相似,其工作面開切眼中部標高均為-400 m左右,頂板也為基本頂直覆。1402(3)工作面使用西德生產(chǎn)的ZLEG320型掩護式支架,其工作阻力為3200 kN,后改為蘇南4400/17/35型支架,其工作阻力為4400 kN,初次來壓時均出現(xiàn)壓架現(xiàn)象。

        (2)1602(3)工作面也為基本頂直接覆蓋在煤層之上,初采時基本頂難以垮落,老塘得不到有效充填,導(dǎo)致基本頂初次跨落時,切頂線在支架上方,老塘、支架、煤壁構(gòu)成的力學(xué)體系失衡。工作面壓力顯現(xiàn)劇烈,壓力直接作用在支架頂梁上,頂板壓力超過支架的工作阻力,導(dǎo)致安全閥自動卸液,支架立柱長時間過負荷承載頂板壓力,未能起到有效的支撐作用,最終導(dǎo)致壓架。

        (3)相關(guān)的研究單位對上述情況論證后,給出了綜采工作面必須采用高工作阻力支架(至少要選用9958 kN/架以上)的建議。

        (4)1602(3)工作面切眼和巷道設(shè)計在構(gòu)造帶附近,礦山壓力更加突出。

        (5)工作面不能保證正規(guī)循環(huán),推進速度較慢,增加了支架負擔,一旦壓架,搶險工作將十分困難。

        4.2 高檔普采工藝的經(jīng)驗

        (1)開切眼避開構(gòu)造及應(yīng)力集中區(qū),運輸巷避開大斷層重新改造,降低應(yīng)力集中。

        (2)加強礦壓觀測,摸清來壓規(guī)律,加強工作面強制放頂,減輕老頂來壓時對工作面的影響。制定了工作面初放期間強制放頂方案,對老塘側(cè)頂板進行松動爆破,取得了預(yù)期效果。

        (3)加強場管理,提高工程質(zhì)量。工作面正?;夭砂?~4排管理,每10 m架設(shè)一個木垛,并使用好抗棚、抗柱、鐵鞋;周期來壓期間,老塘側(cè)加強點柱或增設(shè)木垛,單體采取遠距離回柱操作;煤機停放位置盡量放在頂板較好區(qū)域并避開構(gòu)造帶;頂板破碎區(qū)域,煤機不得強行硬割,采取機、炮、鎬掘聯(lián)采方式平穩(wěn)通過。

        (4)加強機電設(shè)備保運轉(zhuǎn)工作。初采期間在保證檢修質(zhì)量的同時,縮短檢修時間,確保3峒/天的推進度,不破循環(huán)。

        5 結(jié)語

        根據(jù)1602(3)提高回采上限工作面屬于基本頂直接覆蓋煤層的特點,在采用綜采工藝效果較差時,有針對性地采用高檔普采,合理布置切眼和巷道,規(guī)避應(yīng)力集中區(qū),強化強制放頂措施,提高正規(guī)循環(huán)率,實現(xiàn)了工作面的安全回采。

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