秦慧湖 郭晶露
(1.蘭花集團(tuán)伯方煤礦,山西 高平 048400;2.蘭花集團(tuán)永勝煤業(yè)有限公司,山西 朔州 036000)
3308 綜采工作面位于伯方煤礦的三盤區(qū),是礦井首個采用沿空留巷技術(shù)的工作面。主要開采煤層為3#煤,煤層賦存穩(wěn)定,開采條件良好,平均厚度可達(dá)5.47m,煤層傾角為2°~6°。采煤工作面沿走向布置,設(shè)計上下巷走向長度為1905m,設(shè)計傾向長度為220m。煤層頂板為粗粒砂巖,主要成分由石英、燧石碎屑及白云母等膠結(jié)而成,其性緊密堅硬,呈灰色、黑灰色,平均厚度可達(dá)17.54m;煤層底板為細(xì)粒砂巖,中間夾有一層粉砂巖,平均厚度為2.8m。3308 采煤工作面與相鄰的3307 采煤工作面共用一條軌道順槽,工作面回采時采用“兩進(jìn)一回”的通風(fēng)方式,即由運(yùn)輸順槽和軌道順槽供風(fēng),沿3307工作面回風(fēng)順槽回風(fēng),形成獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。3308 工作面巷道平面布置圖如圖1 所示。
圖1 3308 工作面巷道平面布置圖
為了避免3308 工作面回采期間的采空區(qū)瓦斯由于頂板垮落而涌入巷道內(nèi),需采取注漿充填的方法對3307 工作面采空區(qū)進(jìn)行注漿??紤]到3308 工作面運(yùn)輸距離遠(yuǎn),不適合采用固定地點(diǎn)制漿注漿,為滿足注漿需求,設(shè)計將制漿站布設(shè)在回采面切眼以外的軌道順槽內(nèi)200m 處,把注漿泵安裝在平板車上,便于作業(yè)期間根據(jù)現(xiàn)場實際注漿需要,通過絞車或梭車牽引前后移動,靈活控制施工。在制漿時,一次牽引兩個平板車,一個存放注漿泵,一個存放A、B 漿液的攪拌桶,分別有兩個桶裝A 液、兩個桶裝B 液,通過持續(xù)制漿,有效確保了注漿的連續(xù)性。圖2 為制漿泵站布設(shè)示意圖。
圖2 泵站布置示意圖
利用DN40 型高壓鋼管加工焊接成注漿管路,攪拌桶內(nèi)的AB 液體通過制漿泵的混合攪拌充分融合后,經(jīng)過高壓注漿管路向采空區(qū)內(nèi)注漿,確保了兩種液體能夠充分發(fā)揮化學(xué)反應(yīng),達(dá)到較好的注漿效果。
沿空留巷技術(shù)是指隨著采煤工作面的回采,通過在實體煤墻的采空區(qū)側(cè)以砌筑磚墻或材料充填的方式人工留設(shè)一條巷道,由于其具有一定的抗壓強(qiáng)度,因此在采煤動壓平均分布,達(dá)到新的平衡后,巷道受到的變形較小,能夠確保留巷的完整性。為了達(dá)到這一抵抗強(qiáng)度,增加充填物對頂?shù)装鍓毫Φ某休d能力,減少頂板彎曲變形的下沉移近量,需考慮如何提高頂板的支護(hù)加固作用[1-3]。
綜采工作面在采煤過程中受到兩方面動壓的影響:一是切眼前方煤墻側(cè)承受壓力后傳遞的膨脹應(yīng)力作用;二是采空區(qū)側(cè)頂板垮落造成的垂直與水平方向的混合作用力影響,而后者的作用影響更為復(fù)雜。因此,在采空區(qū)側(cè)留設(shè)巷道,其充填物要能夠承載頂板冒落后的上覆巖層的垂直壓力,同時,在垂直應(yīng)力的擠壓作用下,充填物存在一定的韌性,會出現(xiàn)塑性變形,為了減小變形量,提高縱向抗壓強(qiáng)度,需要通過輔助的柔性支護(hù)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。在采空區(qū)內(nèi)打設(shè)一排木點(diǎn)柱,補(bǔ)充支承頂板壓力,在充填物的內(nèi)外側(cè)預(yù)先錨固對拉鋼筋錨桿,旋轉(zhuǎn)張緊托盤,并在采空區(qū)煤墻側(cè)張貼金屬菱形網(wǎng)和塑料網(wǎng),以減小冒落的碎矸石對充填物的擠壓影響[4],從而提高充填強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。
規(guī)格設(shè)計:充填模塊厚度1.5m,模塊與木點(diǎn)柱之間預(yù)留0.3m 的間距,錨桿之間高差1m,木點(diǎn)柱后背設(shè)的背板間距0.3m。充填體對拉鋼筋布設(shè)示意圖如圖3 所示。
圖3 充填體對拉鋼筋布設(shè)圖
為了減少工作面采動對兩巷的影響,采取超前打設(shè)單體柱,搭配鉸接梁的支護(hù)方式。根據(jù)動壓影響規(guī)律和實際觀測現(xiàn)場的影響范圍,確定超前支護(hù)范圍為25~30m,每根鉸接梁長1.2m,下方打設(shè)兩根單體柱,間距0.8m,在巷道兩側(cè)及中間打設(shè)三路復(fù)合支護(hù)抬棚,減少對巷道側(cè)幫變形的影響。如圖4。
圖4 超前支護(hù)示意圖
在采煤工作面回采之后,尤其放頂煤之后,原來打設(shè)的錨桿、錨索隨著頂板的破壞垮落,大多數(shù)失去對頂板的懸吊作用,從而造成頂板加固失效,因此,需要通過補(bǔ)打錨索進(jìn)行抗拉補(bǔ)強(qiáng)。設(shè)計每排錨索打設(shè)3 根,間排距為2m,與舊錨索交錯插花布置。每排錨索加固效果各有側(cè)重點(diǎn),分別加固煤墻側(cè)幫部頂板,減少對煤體的壓力;加固充填體上方頂板,減小材料形變;加固巷道和煤壁對側(cè)巷幫煤墻頂板。錨索選用長度統(tǒng)一定為8m,可加固至直接頂,確保加固效果與懸吊穩(wěn)定性[5],如圖5 所示。
通過采用GPD30 型應(yīng)力感應(yīng)采集裝置進(jìn)行壓力試驗,對采集到的作用在填充物上方的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬分析,得到應(yīng)力變化曲線,如圖6所示。經(jīng)過實測數(shù)據(jù)可知:填充物中的受力是一個緩慢的動壓重新分布平衡過程,當(dāng)工作面回采后,在采空區(qū)10m 范圍內(nèi)開始出現(xiàn)壓力顯現(xiàn),隨著工作面的推進(jìn)逐漸增大,直至采面切眼距采空區(qū)80m 左右時,填充物壓力趨于穩(wěn)定,在此過程中,承受最大壓力不超過4MPa。由此可得,注漿充填后,采空區(qū)填充物對頂板起到了很好的支護(hù)作用,緩解了巷道的形變,確保了巷道支護(hù)的完好性,滿足對應(yīng)力的抗壓強(qiáng)度需要。
圖5 頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)示意圖
(1)采取移動注漿充填的方法在3307 工作面采空區(qū)進(jìn)行注漿,既能防止3307 工作面采空區(qū)瓦斯涌入3308 巷道內(nèi),又避免了注漿給3308 工作面采煤造成的不便。
(2)采取充填加固、超前支護(hù)及錨網(wǎng)索復(fù)合支護(hù)等技術(shù)提高沿空留巷頂板的支護(hù)強(qiáng)度,通過對填充物上方的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,填充物對頂板起到支護(hù)作用,有效控制巷道的形變,滿足對應(yīng)力的抗壓強(qiáng)度需要。
圖6 充填體應(yīng)力變化曲線分析