陳 帥
(山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司 ,山西 長(zhǎng)治 046600)
關(guān)鍵字:綜放工作面;陷落柱;采煤方法;采高;頂板
陷落柱是一種特殊地質(zhì)現(xiàn)象,煤層經(jīng)地下水強(qiáng)烈溶蝕后形成溶洞,結(jié)合各種地質(zhì)因素影響引起上覆巖層失穩(wěn)及塌陷,給礦井正規(guī)生產(chǎn)帶來很大的難題[1],導(dǎo)致煤炭?jī)?chǔ)量下降,采掘效率降低,生產(chǎn)成本增加,對(duì)采煤機(jī)的損害程度加大,若溝通煤層頂?shù)装搴畬?,將造成突水事故[2]。陷落柱已經(jīng)成為影響煤礦企業(yè)高效安全生產(chǎn)的重大隱患。
幾年來國(guó)內(nèi)專家及學(xué)者分別就過陷落柱采煤方法展開大量研究及實(shí)踐,黃友金等[3]根據(jù)漳村煤礦的地質(zhì)情況,研究了2502工作面過陷落柱方案的可行性;閆飛[4]對(duì)工作面初采期過陷落柱礦壓顯現(xiàn)特征進(jìn)行了研究;綜采工作面當(dāng)前過陷落柱重點(diǎn)采取重開切眼或者強(qiáng)行通過的方式[5],本文根據(jù)霍爾辛赫礦井3605工作面的JX26陷落柱的特征,對(duì)過陷落柱的可行性進(jìn)行分析與實(shí)踐,取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效果。
圖1 陷落柱示意圖
霍爾辛赫礦井位于山西省長(zhǎng)子縣東南5km處,礦井3#煤層可采儲(chǔ)量為222.45Mt,年生產(chǎn)能力為4.0 Mt/a。3605工作面位于霍爾辛赫礦井六盤區(qū),切眼長(zhǎng)度245m,走向長(zhǎng)度 1726m,煤層厚度 5.9m,傾角為7°,采高3.0m,工作面底板標(biāo)高+410m~+465m,工作面布置支架166架。根據(jù)三維地震勘探結(jié)果顯示,在3605綜放工作面存在DX26陷落柱,距切眼794m,東西方向長(zhǎng)206m,南北方向90m,為“斧子”形狀,對(duì)回采影響比較大,如圖1所示。
表1 3605綜放工作面配套設(shè)備表
當(dāng)前,根據(jù)陷落柱出現(xiàn)在工作面內(nèi)的位置、大小、形狀以及采煤方法等因素,3605綜放工作面過陷落柱可有2種方法:一是在運(yùn)輸巷回采至里程805m處開切眼,繞過陷落柱;二是采煤機(jī)強(qiáng)行通過陷落柱。
方案一要進(jìn)行相應(yīng)的巷道掘進(jìn)和工作面長(zhǎng)度調(diào)整,技術(shù)難度小,但煤炭虧損量大,準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)。方案二無需另掘巷道和工作面搬家,不耗損煤炭資源,但在通過過程中可能會(huì)存在透水、冒頂壓架、底板下陷等影響工作面推進(jìn)的安全隱患。為此,對(duì)陷落柱進(jìn)行了周密的勘探,明確了陷落柱的位置、范圍,查明了該陷落柱為弱含水性,通過過程中涌水量可控,認(rèn)為可以強(qiáng)行通過。
通過分析陷落柱的特征及其勘探資料,在3605工作面過陷落柱的過程中,預(yù)計(jì)直接處在陷落柱的范圍內(nèi)的支架為75#-100#,往前推進(jìn)過程中逐漸由“錘把”延伸至“錘頭”,其對(duì)應(yīng)支架區(qū)域?yàn)?9#-105#范圍內(nèi),當(dāng)巖石硬度普氏系數(shù)小于4時(shí),可用采煤機(jī)直接截割,但牽引速度應(yīng)減??;當(dāng)巖石硬度普氏系數(shù)大于4,采煤機(jī)無法截割時(shí),則采用人工打眼放炮的方法震動(dòng)預(yù)裂爆破后采用采煤機(jī)截割,采煤機(jī)的速度控制在1m/min之內(nèi)。
為快速通過陷落柱勞動(dòng)組織需做出調(diào)整,檢修班負(fù)責(zé)打眼,打完眼后開始裝藥放炮,中班接早班繼續(xù)進(jìn)行放炮作業(yè),爆破完后,中班后半班和夜班負(fù)責(zé)割煤兩個(gè)循環(huán),次日檢修班再負(fù)責(zé)打眼。遇到巖石段較軟區(qū)域打設(shè)雙排眼,上排眼距頂板800mm,向上打設(shè)與水平夾角27°,眼深2m,下排眼距底板600mm,向下打設(shè)與水平夾角21度,眼深2m,每孔裝藥不得超過3卷炸藥,巖石較硬段打設(shè)五花眼,上排眼距頂板800mm,向上打設(shè)與水平夾角27°,眼深2m,中間一排眼垂直于煤壁,深1.8m,下排眼距底板600mm,-21°向下打設(shè),眼深2m,且所有炮眼都向工作面機(jī)頭方向偏6°,每孔裝裝藥量不得超過4卷藥,每孔裝一枚雷管,分次裝藥,分次起爆,一裝藥和起爆數(shù)量不得大于50個(gè)孔,陷落柱段只有爆破后才可用采煤機(jī)進(jìn)行裝矸,不得強(qiáng)割。
圖2 工作面雙排眼布置平面圖
圖3 工作面五花眼布置平面圖
圖4 工作面炮眼俯視圖
放震動(dòng)炮的目的是為采煤機(jī)切割矸石創(chuàng)造條件,保護(hù)采煤機(jī),使用廢舊皮帶在工作面放炮區(qū)域掛設(shè)擋矸簾,防止煤幫矸石損壞支架及各種管路。工作面力求多打眼,少裝藥,目的是減少大塊矸石產(chǎn)生,爆破孔數(shù)不能過多,防止落矸量大造成壓死刮板機(jī),不僅需人工清矸浪費(fèi)大量時(shí)間,且對(duì)刮板機(jī)電機(jī)造成損傷。遇到大塊采用放炮處理,不能硬割,同時(shí)每班要及時(shí)更換滾筒截齒及緊刮板螺絲。刮板機(jī)及轉(zhuǎn)載機(jī)出矸時(shí)盡量保證煤矸一塊出,防止出現(xiàn)卡板刮板及磨損溜槽現(xiàn)象。
陷落柱段在爆破后會(huì)出現(xiàn)大于500mm×500mm×500mm矸塊無法通過采煤機(jī),若有大矸塊通過采煤機(jī)時(shí),容易卡拌刮板機(jī)大鏈,所以在割陷落柱段時(shí)采取從機(jī)尾向機(jī)頭單向割煤,割完機(jī)頭后,空刀向機(jī)尾退采煤機(jī),在向機(jī)頭割煤或向機(jī)尾退采煤機(jī)的過程中,若有大塊掉落在機(jī)頭滾筒以上,需將采煤機(jī)滾筒升起,將大塊矸石跨過采煤機(jī)兩個(gè)滾筒后,再正常開采煤機(jī)。
工作面無陷落柱正常回采區(qū)域采高控制在3m,陷落柱區(qū)域采高逐漸下調(diào)至2.8m,盡可能減少陷落柱內(nèi)的割矸厚度,同時(shí)能夠滿足機(jī)組及行人從支架內(nèi)順利通過;同時(shí)陷落柱兩端的5個(gè)支架為采高過渡區(qū),適當(dāng)留底煤,與陷落柱區(qū)域保持一個(gè)坡度。
工作面機(jī)頭、機(jī)尾每循環(huán)上3m板梁,同時(shí)在機(jī)頭、機(jī)尾及陷落柱處進(jìn)行上網(wǎng)(經(jīng)緯網(wǎng)規(guī)格:1.0m×10m)工作;陷落柱區(qū)段及時(shí)拉移超前架,拉移支架時(shí)要做到帶壓移架,盡量少降支架立柱。使超前架前梁抵到煤幫,及時(shí)打開護(hù)幫板,以減小支架的端面距,維護(hù)頂板,并確保該區(qū)段支架處撐力不得低于24 MPa。
煤層受陷落柱影響,頂、底板裂隙增多,易溝通上、下部含水層,導(dǎo)致工作面涌水增大,根據(jù)工作面的探放水情況,及臨近工作面回采過程中的涌水情況,經(jīng)計(jì)算預(yù)計(jì)該工作面最大用水量50m3/h,在陷落柱南、北部各開挖一水窩,均安裝2臺(tái)BQS30/50/15排水泵,使用φ51mm的排水管路,采用雙回路雙電源供電,確保排水系統(tǒng)滿足工作面的排水能力。
1)通過對(duì)3605綜放工作面過陷落柱采用硬過陷落柱可以多回收煤炭資源15萬t,若每噸煤按照500元計(jì)算,同時(shí)除去截齒等配件材料的損失,最終可以獲取利潤(rùn)5000多萬元。
2)3605綜采工作面遇到陷落柱,采用強(qiáng)行通過的方式開采,有效緩解了霍爾辛赫礦井采掘銜接的緊張,提高了資源回收率,保證了3605工作面連續(xù)推進(jìn)度,為今后相似工作面強(qiáng)行過陷落柱具有一定借鑒意義。
3)采用采煤機(jī)直接割落矸石和放震動(dòng)炮相結(jié)合的方式是強(qiáng)行通過工作面陷落柱的直接有效措施。通過對(duì)陷落柱區(qū)域的上網(wǎng)工作,加強(qiáng)頂板控制,保證安全回采。