李軍會
(山西晉煤集團沁水胡底煤業(yè)有限公司,山西 晉城 048214)
綜采工作面在回采過程中受采空區(qū)、地質構造、周期來壓等影響,工作面出現應力集中破壞區(qū),若應力集中破壞區(qū)煤體松軟,頂板不穩(wěn)定,很容易出現煤壁片幫、頂板離層下沉現象,導致端面距加大,甚至發(fā)生端面冒頂事故。當工作面頂板出現破碎、局部冒漏現象時,必須合理分析破碎、冒漏機理,采取合理有效的對策措施,保證工作面安全高效回采。
山西晉煤集團沁水胡底煤業(yè)有限公司1305(上)工作面位于井田3 號煤一盤區(qū),工作面北部為五條開拓大巷,南為礦井邊界,西為回采結束的1303(上)工作面,東為正在掘進的1307(上)工作面。
1305(上)工作面設計走向長度為985m,傾向長度為175m,工作面回采煤層為3#煤層,平均厚度為5.76m,采用綜采煤合放頂煤工藝,采煤高度為2.76m,放煤高度為3.0m。
1305(上)工作面頂板冒漏主要發(fā)生在工作面機頭、中部區(qū)域。工作面回采至340m 處時出現第一次冒頂,冒頂深度為1.7m,冒頂寬度為2.2m,采用錨索吊棚施工人工假頂進行維護,工作面順利通過。當工作面回采至422m 處時出現第二次冒頂,冒頂區(qū)域位于9#、10#支架前方,冒落深度為1.9m,冒落寬度為3.5m,冒落處頂板出現斷裂現象,導致9#、10#支架前探梁受力向下擠壓,支架移架困難,且在移架時很容易導致整個工作面頂板完全垮落。分析冒頂的原因如下:
(1)1305(上)工作面處于較深的位置,較大的壓力導致工作面頂板及煤壁應力明顯集中,隨著綜采工作面的不斷推進,煤壁垂直方向壓力增大,煤體節(jié)理裂隙發(fā)育,且不斷向回采煤體中部延伸,造成煤壁片幫嚴重。隨著工作面煤壁片幫面積不斷增大,造成工作面端面空頂距加大,頂板支護不及時,從而導致工作面發(fā)生冒頂現象。
(2)由于1305(上)工作面西部為1303(上)工作面采空區(qū),間距為25m,工作面在回采過程中采空區(qū)殘余應力對機頭處頂板破壞嚴重,使頂板裂隙發(fā)育,頂板穩(wěn)定性下降,工作面移架、降架時裂隙頂板受集中應力破壞,破壞了頂板平衡受力狀態(tài),導致頂板出現下沉、斷裂現象。
(3)1305(上)工作面采用放頂煤回采工藝,頂煤厚度為3.0m,采煤機截割深度為0.8m,工作面回采后采用從機頭到機尾一次性移架方式,移架周期為1.5h,在此期間頂煤承載能力差,同時在支架頂梁剪切破壞作用下,頂煤出現破碎、冒落現象。
由于工作面在422m 處冒頂區(qū)域大,且頂板出現斷裂,破壞了直接頂穩(wěn)定性,采用傳統(tǒng)人工假頂法過冒頂區(qū)域難度大,支護效果差,所以通過現場觀察,決定對該處冒頂區(qū)域采取安裝改革道夾板、羅克休泡沫充填以及馬麗散固化等聯(lián)合方法進行治理。
羅克休泡沫采用高膨脹性的樹脂材料制成,在惡劣地質構造的工作面使用,具有膨脹性強、反應快、穩(wěn)定性高、受力穩(wěn)定、價格低的特點。
馬麗散新型的化學材料,在樹脂與催化劑共同作用下,能夠迅速地使煤巖層產生化學反應生成聚亞膠脂,有效地對破碎煤壁的空隙進行填充,能夠將破碎的煤塊粘連在一起,提高了破碎煤壁整體的穩(wěn)定性。
(1)在清理冒頂區(qū)域支架頂部矸石前,先將機組移動到機尾處。對冒頂區(qū)域支架的完好性進行檢查,發(fā)現問題及時處理。若支架受壓變形,在支架前探梁下安裝帶帽單體柱,由專人采用長柄工具將冒頂區(qū)的矸石從兩頭向中間由下及上進行徹底清理。為了確保溜子能夠正常開啟,施工人員需在溜子上搭蓋板,防止矸石卡住溜子,待所有矸石全部人工破碎后再將其拉出。
(2)當冒頂區(qū)域煤矸全部清理完成后,在兩個支架間穿6 根長度為5.0m 的工字鋼,分別由兩側向中間穿針。遇到支架端面距比較大時,可以通過在工字鋼穿一個孔,再利用道夾板將工字鋼連起來,如圖1 所示。
(3)道夾板由兩根長度為3.0m、寬度為0.1m方鋼組合,兩根方鋼之間采用螺栓活動連接。安裝時,道夾板一端與支架頂梁固定,另一端通過掏槽安裝在工作面煤體內,共計安裝4 組道夾板,間距為1.2m。
圖1 工作面冒落區(qū)治理剖面示意圖
(4)若施工地點高度超過3.0m,且施工過程中繼續(xù)有煤矸冒漏時,必須搭設臨時掩體,可將5m 圓木的一頭頂在煤幫上,另一頭使用錨鏈與支架頂梁固定,完畢后在圓木上方鋪一層半圓木,并用鉛絲進行固定。
(5)道夾板及鋼針全部安裝完成后,采用半圓木對冒頂區(qū)域進行架垛支護,并與冒頂處頂板接觸嚴實,最后采用羅克休對冒頂區(qū)進行填充封堵。
(6)工作面冒頂區(qū)域維護完成后,為了防止在回采過程中冒頂區(qū)域進一步擴大,以工作面煤體施工注漿鉆孔進行固化。鉆孔施工在運輸順槽側煤壁上,距頂板間距為1.5m,鉆孔仰角為60°,鉆孔深度為10m,鉆孔間距為3.0m,共計施工6 個鉆孔,第一個鉆孔距工作面間距為4.0m。如圖2 所示。
(7)注漿鉆孔施工完后,采用氣動注漿泵及注射槍依次對鉆孔注入馬麗散漿液。
圖2 工作面注漿鉆孔平面布置示意圖
(1)與傳統(tǒng)錨索棚假頂相比,采用改革的道夾板施工假頂,實用性強,人工假頂施工安全,可用于復雜地質條件下采掘工作面冒落區(qū)域。
(2)通過對冒落區(qū)進行羅克休填充后,可將人工假頂與冒落區(qū)圍巖充分粘接在一起,不僅防止了冒落區(qū)有害氣體積聚,而且可使冒落區(qū)圍巖得到有效支撐,防止了冒落區(qū)范圍進一步擴大。
(3)1305(上)工作面采用超前深孔注漿施工,可一次性對工作面前方20m 范圍內超前應力區(qū)進行超前注漿維護,與傳統(tǒng)注漿相比不僅不會影響工作面回采施工,而且注漿效果好,進一步提高了工作面應力區(qū)煤巖體穩(wěn)定性。