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        全空巷充填技術(shù)在孤島工作面回采中的應(yīng)用

        2019-04-09 11:26:20宋哲強
        山東煤炭科技 2019年3期

        宋哲強

        (晉煤集團成莊礦,山西 澤州 048021)

        孤島工作面的開采,應(yīng)力顯現(xiàn)異常,巷道變形量非常大,工作面布置的措施巷或初次設(shè)計的切眼,動壓顯現(xiàn)尤為明顯,采取原有木垛、單體柱等支護方式,安全風(fēng)險成倍增加,急需尋找一種更高效、更安全的支護方式。

        1 工作面概況

        成莊礦3311工作面是三盤區(qū)最后一個工作面,緊鄰3310工作面采空區(qū)和西陳莊煤礦采空區(qū)。切眼向外280m處有鎖邊一二巷兩條平行于工作面切眼的空巷,兩巷相距20m并貫穿整個工作面。鎖邊一二巷沿煤層頂板掘進(jìn),巷道寬度4.6m,高度3.3m。3311工作面在回采過程中需通過鎖邊一二巷。

        2 存在問題

        3311工作面煤層厚度6.15m左右,采用綜放工藝進(jìn)行生產(chǎn),采3m放3.15m。兩條鎖邊巷沿頂板掘進(jìn),導(dǎo)致將來工作面采到鎖邊巷位置時,支架頂梁處于鎖邊巷底板處,整個工作面支架頂梁與煤層頂板有3m左右高的空頂,工作面前方頂板處于懸空狀態(tài),空頂距達(dá)到4.7m左右。3311切中以南96.5~320m發(fā)育一斷層F111(H=2m ∠65°),F(xiàn)111斷層貫穿鎖邊一二巷(鎖邊一巷在46#架前后揭露),斷層前后頂板破碎,頂板管理難度大,且F111斷層為正斷層,斷距2m,通過時,需割底矸,進(jìn)一步加大通過鎖邊一二巷難度。見圖1。

        圖1 3311工作面及鎖邊一二巷示意圖

        3311工作面周期來壓步距為15~20m左右,過鎖邊一二巷影響區(qū)域為30m左右,在通過鎖邊一二巷期間會受到周期來壓的影響,造成工作面頂板大面積下沉或漏矸、冒頂事故。

        以往煤礦采煤工作面過空巷采取的方法主要有:用密集支柱或木垛加強對空巷頂板的支護;補打錨桿、錨索加固空巷頂板和兩幫;以空巷為切眼重新布置工作面;采用充填材料對空巷區(qū)域進(jìn)行全部充填。

        為解決3311工作面回采過空巷期間的頂板隱患,以及防止空巷內(nèi)瓦斯聚集等問題,對上述四種方案進(jìn)行對比分析,詳見表1。

        表1 3311工作面過空巷方案綜合對比表

        通過綜合對比,該礦提前對鎖邊一巷內(nèi)的頂板進(jìn)行加固,并做好前期準(zhǔn)備工作,對鎖邊一二巷采用全空巷充填。

        3 全空巷充填實施試驗

        3.1 充填前的加固

        (1)在鎖邊一二巷內(nèi)斷層前后,錨索吊掛鋼筋梯(鎖邊一二巷各使用Ф22×7.4m錨索20根),進(jìn)行頂板加固。

        (2)在鎖邊一二巷內(nèi)吊掛廢舊軌道,加大充填體強度。

        (3)在鎖邊一二巷內(nèi)吊掛菱形網(wǎng),并將菱形網(wǎng)與原巷幫金屬網(wǎng)相聯(lián)接,形成一個整體,減少架間漏矸。

        (4)過鎖邊一二巷前,加強兩巷超前支護。33113巷側(cè)在鎖邊一二巷口架鐵棚13架,木棚9架,33111巷側(cè)鎖邊一二巷口及前后架木棚40架。鎖邊一二巷口處架走向抬棚14架。兩巷超前支護內(nèi)單體柱改為一排四柱,1巷超前支護不少于30排,3巷超前支護不少于30排。

        3.2 鎖邊一二巷采用聯(lián)邦充填材料全巷道充填

        (1)充填選用材料為晉煤集團技術(shù)研究院自主研發(fā)的聯(lián)邦支護充填材料,充填設(shè)計為空巷內(nèi)部空間一次充填。聯(lián)邦高水速凝充填材料由A、B兩種材料組成,A和B兩種按1:1配合使用,水料比3:1。充填漿料A料和B料通過液壓柱塞泵,分別通過管路遠(yuǎn)距離輸送至充填區(qū)域,在待充區(qū)域附近通過三通混合器混合,混合液填充鎖邊一二巷空巷。

        (2)充填作業(yè)時先對鎖邊二巷進(jìn)行充填。

        在鎖邊二巷33111巷和33113巷側(cè)巷口里5m各建一道板墻,在鎖邊一巷內(nèi)鋪設(shè)注漿管路,利用鎖邊一巷與鎖邊二巷間煤柱內(nèi)布置直徑75mm的鉆孔,鉆孔內(nèi)插直徑38mm的高壓膠管。通過高壓膠管向鎖邊二巷中灌漿,待漿液充填整個鎖邊二巷時停止注漿。見圖2。

        圖2 鎖邊一巷和二巷連接鉆孔示意圖(剖面圖)

        (3)鎖邊一巷充填,設(shè)計了“分段不通風(fēng)”、“分段通風(fēng)”兩種充填方案,對方案進(jìn)行了對比分析,采用方案一充填鎖邊一巷,設(shè)計了導(dǎo)流槽裝置。見圖3。

        圖3 鎖邊一巷充填示意圖(側(cè)視圖)

        4 效益及效果

        井下現(xiàn)場取樣表明,充填體強度大于2MPa。通過回采期間對支架初撐力的數(shù)據(jù)收集數(shù)值計算,以及空巷充填前后的巷道圍巖塑性破壞情況進(jìn)行分析可知:對鎖邊一巷及鎖邊二巷進(jìn)行完全充填后,巷道內(nèi)部充填體與煤巖體形成整體,共同承擔(dān)工作面采動影響造成的應(yīng)力作用,減少了巷道圍巖的塑性破壞,避免了工作面頂板下沉風(fēng)險,能夠提高工作面回采至空巷區(qū)域的安全系數(shù),也進(jìn)一步證明空巷充填是保障工作面安全順利過空巷的有效措施。

        (1)時間效益:3311工作面鎖邊一二巷采取空巷充填之后,自5月7日開始揭露鎖邊一巷,5月16日順利通過鎖邊二巷,比預(yù)計時間縮短了10d。

        (2)安全效益:3311工作面鎖邊一二巷采取空巷充填之后,有效地解決了頂板管理難題、通風(fēng)管理難題、機電管理難題。在過鎖邊一二巷期間未出現(xiàn)頂板漏矸、垮落等事故,未出現(xiàn)瓦斯積聚等瓦斯事故,未出現(xiàn)壓溜、壓架等機電事故。

        (3)經(jīng)濟效益:采用充填法充填過鎖邊一二巷取得了明顯的經(jīng)濟效益,經(jīng)計算,實施空巷充填后,能夠節(jié)約煤炭資源34791.96t。

        (4)空巷充填大大改善了井下作業(yè)環(huán)境,避免了空巷補強支護、搬家倒面、調(diào)整工作面采高等一系列復(fù)雜工序,降低了工人勞動強度,提高了工作效率,同時也提高了井下工作的安全系數(shù)。

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