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        綜采工作面過(guò)陷落柱安全支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

        2021-03-13 03:03:08門(mén)
        山東煤炭科技 2021年2期
        關(guān)鍵詞:支架施工

        門(mén) 前

        (山西省煤炭運(yùn)銷集團(tuán)掌石溝煤業(yè)有限公司,山西 高平 048400)

        陷落柱是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)地質(zhì)構(gòu)造之一,陷落柱侵入煤層后破壞了煤層連續(xù)完整性,形成一個(gè)獨(dú)立的煤巖區(qū),陷落柱附近煤體穩(wěn)定性相對(duì)較差,工作面回采過(guò)陷落柱期間會(huì)出現(xiàn)煤壁片幫、頂板破碎現(xiàn)象,不僅降低了工作面回采效率,增加了設(shè)備故障率,而且很容易發(fā)生安全事故。所以對(duì)陷落柱附近煤巖體進(jìn)行有效控制,是工作面回采過(guò)陷落柱期間重要技術(shù)環(huán)節(jié),對(duì)工作面安全高效回采具有重要意義。本文以掌石溝煤礦15103 工作面為例,對(duì)工作面過(guò)X2 陷落柱期間存在主要技術(shù)難題進(jìn)行分析,并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況提出了行之有效的安全技術(shù)措施。

        1 概 況

        15103 工作面位于+860 m 水平,是一采區(qū)第三個(gè)工作面,該工作面標(biāo)高為+825~+877 m,走向長(zhǎng)度1527 m,傾向長(zhǎng)度150 m。15103 工作面位于井田一采區(qū)西部,東部為未開(kāi)拓的實(shí)體煤,西為15102 工作面和15103 工作面間保護(hù)煤柱,南部與一采區(qū)三條大巷相連,北部為礦井保護(hù)煤柱。該工作面標(biāo)高為+825~+877 m,走向長(zhǎng)度1527 m,傾向長(zhǎng)度150 m。

        15103 工作面回采煤層為15#層,煤層厚度為3.1~4.75 m,平均厚度4.03 m,煤層厚度穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,內(nèi)生裂隙發(fā)育,硬度系數(shù)1.5,煤層頂?shù)装鍘r性情況見(jiàn)表1。

        2 工作面地質(zhì)情況及問(wèn)題分析

        2.1 工作面地質(zhì)情況

        15103 工作面地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單,主要以小斷層以及陷落柱為主,斷層平均落差為0.5 m,平均傾角為47°,對(duì)工作面回采影響較小。工作面回采至870 m 處揭露一條X0 陷落柱,陷落柱距回風(fēng)順槽水平間距為27 m,陷落柱水平投影成橢圓狀,陷落柱長(zhǎng)軸長(zhǎng)32 m(液壓支架118#~99#之間),短軸長(zhǎng)24 m,陷落柱高度為5.7 m,且從工作面頂板侵入煤層,陷落柱長(zhǎng)軸與工作面成12°夾角。通過(guò)鉆探發(fā)現(xiàn),X0陷落柱腔體內(nèi)主要填充雜亂無(wú)章的泥巖、砂巖,填充巖體無(wú)穩(wěn)定成型結(jié)構(gòu),腔體內(nèi)局部可見(jiàn)塊狀煤。X0 陷落柱對(duì)工作面回采影響較大,影響回采長(zhǎng)度達(dá)31 m。

        2.2 問(wèn)題分析

        (1)移架阻力大。由于X0 陷落柱腔體內(nèi)巖體不穩(wěn)定且?guī)r體整體平整性差,工作面在過(guò)陷落柱期間支架與陷落柱腔體內(nèi)頂板巖體接觸不嚴(yán)實(shí),在進(jìn)行移架時(shí)移架阻力大,且頂梁出現(xiàn)“托空”現(xiàn)象,支架對(duì)頂板無(wú)法產(chǎn)生足夠的工作阻力,支架支護(hù)效果差,導(dǎo)致支架倒架、傾架等事故發(fā)生。

        (2)頂板破碎嚴(yán)重。15103 工作面一次采全高,采煤機(jī)割煤深度為0.8 m,工作面回采過(guò)X0 陷落柱時(shí)由于陷落柱腔體內(nèi)充填巖體不穩(wěn)定、巖體間摩擦系數(shù)小、膠結(jié)度低,在構(gòu)造應(yīng)力、回采應(yīng)力集中作用下陷落柱區(qū)域頂板極易破碎,很容易發(fā)生頂板垮落事故。

        (3)煤體片幫。X0 陷落柱腔體內(nèi)以泥巖等混合巖體為主,陷落柱與煤體間存在裂隙帶,隨著工作面推移,當(dāng)工作面回采至距陷落柱10~15 m 范圍內(nèi)時(shí),受應(yīng)力作用,在煤體與陷落柱之間裂隙中產(chǎn)生應(yīng)力釋放現(xiàn)象,導(dǎo)致陷落柱附近煤體產(chǎn)生剝離破壞作用,產(chǎn)生煤壁大面積片幫現(xiàn)象,加大了斷面控頂距,增加頂板維護(hù)難度。

        表1 15103 工作面回采煤層(15#層)頂?shù)装鍘r性匯總表

        3 過(guò)X0 陷落柱聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

        3.1 煤體注漿加固

        為了提高陷落柱附近煤體膠結(jié)穩(wěn)定性,決定對(duì)陷落柱前10 m、過(guò)陷落柱后5.0 m 范圍內(nèi)煤體進(jìn)行注漿加固。

        (1)當(dāng)工作面回采至860 m(距陷落柱10 m)處對(duì)工作面煤壁施工一排仰斜注漿鉆孔,鉆孔深度為5 m,鉆孔直徑為50 mm,鉆孔仰角為60°,鉆孔距頂板1.2 m,鉆孔間距3.0 m,每排施工12 個(gè)注漿鉆孔。

        (2)鉆孔施工完后,在鉆孔內(nèi)安裝一根長(zhǎng)度為3.0 m、直徑為30 mm 射漿鋼管,鋼管上均勻焊制四排射漿孔,孔直徑為10 mm,間距為0.3 m。射漿鋼管安裝后對(duì)孔口0.3 m 范圍內(nèi)采用膨脹水泥進(jìn)行封孔處理。

        (3)注漿材料采用聚氨酯化學(xué)材料,注漿壓力控制在1.0~1.5 MPa 范圍內(nèi),注漿完成5 h 后工作面繼續(xù)回采,工作面回采5.0 m 后繼續(xù)施工第二排注漿鉆孔,當(dāng)工作面過(guò)陷落柱后施工一排注漿鉆孔,如圖1。

        3.2 過(guò)陷落柱頂板聯(lián)合支護(hù)

        3.2.1 撞楔超前支護(hù)

        (1)工作面回采至865 m 處時(shí)及時(shí)調(diào)整工作面?zhèn)涡保诠ぷ髅婷罕谂c頂板之間施工一排超前支護(hù)鉆孔,鉆孔垂直煤壁布置,鉆孔深度為3.0 m,鉆孔間距為0.5 m,孔徑為30 mm。鉆孔施工完后在鉆孔內(nèi)錨注一根長(zhǎng)度為3.2 m、直徑為28 mm 中空鋼針。

        (2)同一排超前支護(hù)施工完后,工作面回采時(shí)縮小采煤機(jī)割煤深度至0.5 m,采用分段割煤移架回采工藝。當(dāng)采煤機(jī)下行割煤回采至97#支架時(shí)及時(shí)對(duì)1#~99#支架進(jìn)行移架,移架到位后再回采陷落柱影響區(qū)域煤柱,回采再進(jìn)行移架,從而解決了傳統(tǒng)整刀割煤時(shí)陷落柱影響區(qū)域頂板暴露時(shí)間,造成頂板破碎、垮落等技術(shù)難題。

        (3)工作面在移架時(shí)支架頂梁緊貼超前支護(hù)體,當(dāng)?shù)谝慌懦爸ёo(hù)施工完且工作面回采2.5 m后施工第二排超前支護(hù),依次類推直至工作面完全過(guò)陷落柱。

        3.2.2 “JW”型錨索吊棚施工

        (1)錨索吊棚長(zhǎng)度為3.5 m,錨索吊棚主要由一根JW 鋼梁及兩根長(zhǎng)度為3.0 m 錨索組成,吊棚與工作面平行布置,錨索吊棚布置間距為1.0 m,每排施工8 架錨索吊棚。

        (2)第二排錨索吊棚與第一排邁步式布置,排距2.0 m,在兩架錨索吊棚之間鋪設(shè)長(zhǎng)度3.0 m、寬度2.4 m 鋼筋網(wǎng),防止工作面頂板陷落柱填充巖體冒漏。

        圖1 15103 工作面過(guò)X0 陷落柱頂板聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖

        4 效果

        截至2020 年3 月11 日,15103 工作面已完全過(guò)X0 陷落柱影響區(qū),工作面過(guò)陷落柱期間采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后,取得顯著成效:

        (1)對(duì)陷落柱附近煤體采取注漿加固后,控制了煤體裂隙進(jìn)一步發(fā)育,防止了集中應(yīng)力破壞作用導(dǎo)致煤體大面積片幫現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)煤體注漿加固后提高了煤體整體膠結(jié)強(qiáng)度,煤壁片幫深度控制在0.9 m 以下,端面距控制在0.3 m 以下。

        (2)工作面過(guò)陷落柱期間對(duì)頂板采取聯(lián)合支護(hù)措施后,提高了支架初撐力、工作阻力,保證了支架支護(hù)效果。同時(shí),陷落柱處頂板下沉、破碎現(xiàn)象得到有效控制,在過(guò)陷落柱期間未發(fā)生頂板垮落現(xiàn)象。

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