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        綜采面安全過斷層應力區(qū)技術措施研究

        2019-07-15 00:51:36杜文科
        山東煤炭科技 2019年6期
        關鍵詞:鋼棚回風順封孔

        杜文科

        (潞安集團環(huán)能股份有限公司常村煤礦,山西 長治 046102)

        1 概況

        潞安集團環(huán)能股份有限公司常村煤礦S5-13工作面位于井田南六采區(qū),工作面南接S5延伸采區(qū)軌道下山,北臨KX16陷落柱防隔水煤柱,東臨王莊村保護煤柱,西鄰S5-15工作面(未開采)。地面標高 +910~ +925m,煤層底板標高+450~+486m。地面位置在王莊村西部,曲莊村東南部,崗頭村東北部。

        S5-13工作面設計可采長度695.2m,傾斜長度240m,工作面回采煤層為石炭系3#煤層,平均厚度為6.1m。工作面采用走向長壁后退式、低位放頂煤、全部垮落的綜合機械化采煤方法,采高3.2±0.1m,循環(huán)進尺0.8m,循環(huán)產量1906t;日推進3.2m,日產量7624t,截至目前工作面已回采240m。

        工作面地質資料顯示,S5-13工作面回采至232m處位于回風順槽側距工作面27m處揭露一條正斷層F5,斷層走向與工作面走向平行,如圖1所示,影響工作面走向長度42m。受構造應力、超前應力以及回采應力影響,工作面回采至225m處,位于機尾119#-102#支架之間(共計30m)工作面頂板出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象,隨著工作面推進至235m處時頂板出現(xiàn)大面積破碎現(xiàn)象,煤壁片幫嚴重。工作面回采至240m處時受片幫影響,端面距加大,頂板出現(xiàn)冒落,冒落高度達0.8m,且回風順槽兩幫移進量增加至0.76m,頂板下沉量達0.44m。

        圖1 S5-13工作面F5斷層平面布置示意圖

        2 工作面安全過應力區(qū)技術措施

        為了保證S5-13工作面安全快速過F5斷層應力區(qū),采取頂板預裂卸壓、架設U29型工字鋼棚以及注漿進行聯(lián)合維護。

        2.1 頂板預裂卸壓

        頂板預裂卸壓主要是利用爆破法將應力區(qū)頂板進行松動預裂,對頂板起到切斷、卸壓作用,從而改善頂板所處的應力環(huán)境,使頂板應力集中區(qū)轉變?yōu)閼π秹簠^(qū),便于頂板維護。

        (1)在S5-13工作面回風順槽頂板施工一排爆破卸壓孔,孔深為5.0m,鉆孔直徑為75mm,鉆孔間距為4.0m,鉆孔距回風順槽非煤壁幫間距為1.0m(回風順槽巷寬為4.5m),鉆孔沿巷道走向成直線布置,鉆孔傾向采空區(qū)側夾角為75°,共計施工8個預裂卸壓孔,如圖2所示。

        (2)卸壓孔施工完后向鉆孔內安裝聚能管,聚能管長度為8.0m,直徑為65mm的PVC管支撐,聚能管兩側各焊制3個爆破氣流孔,氣流孔直徑為20mm,間距為0.3m;所有聚能管爆破氣流孔沿巷道走向布置。

        (3)聚能管安裝后向管內填裝一支長度為0.4m、直徑為55mm乳化藥卷以及一支雷管,裝藥量為0.45kg。裝藥完成后對鉆孔進行封孔處理,采用黃土、水袋交替封孔,從鉆孔底部向外,黃土封孔長度為1.0m,水袋封孔長度為1.2m,孔口處封孔長度為1.5m,封孔牢固后依次進行鉆孔爆破。

        圖2 S5-13綜采工作面應力區(qū)爆破預裂卸壓施工剖面圖

        2.2 架設U29型工字鋼棚

        為了防止回采期間回風順槽出現(xiàn)頂板冒頂、垮落事故發(fā)生,決定采用架設U29型工字鋼棚進行頂板維護。

        (1)鋼棚為矩形斷面,鋼棚斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.2m,鋼棚主要由U29型鋼梁焊制而成,主要包括棚腿、頂梁、底座、連接桿等部分組成。

        (2)首先在巷道兩幫處底板對鋼棚底座進行安裝加固,每個底座采用兩根地錨進行加固,底座安裝后將棚腿與底座采用四根長度為0.12m,直徑為0.08m螺栓進行連接預緊,預緊力不得低于200N·m。鋼棚棚腿與頂梁采用卡纜進行固定。

        (3)鋼棚架設間距為1.5m,回風順槽共計架設25架鋼棚,待所有鋼棚架設完成后,在相鄰兩架鋼棚之間采用兩組長度為1.5m、直徑為30mm圓鋼連接桿進行連接,并在鋼棚與頂板、巷幫間隙處采用水泥背板背牢。

        2.3 注漿加固

        (1)工作面回采至240m處時,及時將支架移架到位,將護幫板打開,支架工作阻力以及初撐力不得低于額定值的80%。

        (2)通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn),受應力影響119#~102#支架之間的煤壁片幫主要位于頂板往下1.5m范圍內,決定在工作面頂板往下1.5m處施工一排注漿鉆孔,鉆孔間距為3.0m,每排共計施工10個鉆孔;鉆孔直徑為35mm,深度為6m,鉆孔與工作面煤壁呈60°仰角布置,鉆孔終孔位置位于直接頂內。

        (3)注漿鉆孔施工完后,對每個鉆孔內依次埋入直徑為20mm注漿軟管,然后采用膨脹速凝水泥對鉆孔進行封孔處理,封孔長度為0.3m。鉆孔封孔后采用高壓注漿泵向鉆孔內注射聚氨酯粘合劑,注漿壓力不得低于1.5MPa。

        (4)工作面煤壁及頂板注漿后,采煤機割煤時截割深度控制在0.5m以下,并及時帶壓擦頂移架,當工作面回采3.0m后在工作面煤壁施工第二排注漿鉆孔,且與第一批鉆孔布置參數(shù)以及注漿工序相同。

        3 治理效果

        (1)在S5-13回風順槽頂板進行爆破預裂卸壓后,降低了F5斷層對工作面影響,對斷層應力起到卸壓作用,工作面在后期回采期間應力區(qū)頂板未出現(xiàn)因應力集中造成頂板冒落事故。

        (2)通過架設U29型工字鋼棚對回風順槽頂板進行加固,避免了應力區(qū)頂板出現(xiàn)下沉現(xiàn)象,同時鋼棚可降低頂板應力對巷道兩幫煤柱作用,在后期回采期間回風順槽頂板未出現(xiàn)破碎現(xiàn)象,將巷道頂板下沉量控制在0.12m以下范圍內,巷道兩幫移近量降低至0.22m。

        (3)對工作面應力區(qū)破碎煤壁及頂板采取注漿加固后,提高了煤巖體膠結穩(wěn)定性,增加了破碎巖體承載能力及單軸抗壓強度,保證了工作面頂板平整,支架初撐力及工作阻力提高至87%以上,工作面煤壁未發(fā)生大面積片幫現(xiàn)象,頂板端面距控制在0.3m以下,工作面回采速度提高至6.5m/d。

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