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        破碎頂板條件下的安全回采技術(shù)研究

        2021-03-13 03:03:12
        山東煤炭科技 2021年2期
        關(guān)鍵詞:支架

        高 帥

        (山西西山煤電股份有限公司馬蘭礦,山西 古交 030205)

        在煤礦開采過程中,經(jīng)常會遇到頂板破碎的特殊情況,破碎頂板極易造成煤壁片幫和頂板冒頂?shù)仁鹿?。因此,如何治理好破碎頂板,實現(xiàn)煤礦井下的安全回采,成為采礦工程技術(shù)人員急需解決的難題[1-2]。馬蘭礦12704 工作面開采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組2 號煤層,工作面所使用的液壓支架為ZY3600-12/28 型。該支架設(shè)計時只有固定頂梁沒有護幫板,工作面正常推進使用時可以解決頂板支護問題,而在工作面機頭、機尾三角區(qū)域處因前梁支護長度有限,不能有效支撐頂板,造成兩巷道與工作面交叉處經(jīng)常頂板破碎、片幫,嚴(yán)重時漏頂。破碎頂板維護特別費工費時,若維護不好,極有可能造成頂板事故[3-5]。所以,研究破碎頂板的破碎機理,尋找合適的有效控制破碎頂板的方法,對于煤礦企業(yè)極為重要。

        1 工程概況

        12704 工作面位于南七采區(qū)左翼,皮帶巷開口于南七2 號煤左翼集中皮帶巷,軌道巷Ι 段通過措施巷與南七02#煤左翼集中軌道巷連通。工作面對應(yīng)上方間隔3.0~5.5 m 為10702、10704 采空區(qū),工作面西北側(cè)間隔40 m、68 m、90 m 分別為東二回風(fēng)大巷、南七集中皮帶巷、南七02 號煤、2 號煤右翼集中軌道,皮帶巷20~25 m、軌道巷Ι 段65~70 m,上部間隔4.5 m 為南七02 號煤左翼集中軌道巷,其他方位暫無工程。12704 工作面位置圖如圖1。

        12704 工作面所掘進煤層為二疊系下統(tǒng)山西組2 號煤,屬穩(wěn)定可采近水平中厚煤層,合并區(qū)2 號煤均厚 1.76 m,煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,煤層結(jié)構(gòu)0.48(0.20)1.08。措施巷114 m、軌道巷Ι 段0~192 m 為1 號煤與2 號煤分岔區(qū),夾矸厚度0.50~0.55 m。2 號煤平均煤厚1.1 m,結(jié)構(gòu)簡單。工作面的頂?shù)装迩闆r見表1。

        圖1 12704 工作面位置圖

        表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

        2 破碎頂板失穩(wěn)原因分析

        (1)12704 工 作 面 措 施 巷 里 程0~10.6 m、31~192 m 上部間隔3.5~4.3 m 為10702 和10704 的采空區(qū);皮帶巷里程56~484 m 上部間隔3.5~4.3 m為10702 采空區(qū),切眼0~10 m、30.6~35.1 m 上部間隔2.1~4.3 m 為10702 采空區(qū)和空巷;12704 回風(fēng)聯(lián)巷0~17 m、53.7~58.3 m 及軌道巷Ⅰ段、Ⅱ切眼、軌道巷Ⅱ段0~160 m 上部間隔3.5~4.3 m 為10704采空區(qū);10702 剩余采空積水3318 m3,累計疏放積水6.6 萬m3,剩余積水標(biāo)高895.2~898.5 m,10704皮帶巷積水601 m3,兩積水區(qū)距離切眼均在20 m以外。

        (2)工作面所采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組2號煤層,屬較穩(wěn)定可采近水平中厚煤層。軌道巷Ⅰ段、Ⅱ切眼、軌道巷Ⅱ段0~152 m 為1 號煤與2 號煤分岔區(qū),分岔區(qū)1 號煤層厚度0.40~0.55 m,平均0.49 m,1 號和2 號煤夾矸0.55~0.75 m,平均0.62 m,2 號煤厚1.09~1.4 m,平均1.17 m;合并區(qū)2 號煤煤厚1.58~2.27 m,平均1.91 m,煤層結(jié)構(gòu)0.48(0.24)1.19。1 號、2 號煤普氏硬度2.5~3.0。2 號煤與上部02 號煤平均間隔2.1~4.3 m。

        (3)工作面進出采空區(qū)前后,圍巖壓力較大,同時由于2 號煤頂板粉砂質(zhì)泥巖破碎,對工作面支護管理影響較大。

        (4)ZY3600-12/28 液壓支架對地質(zhì)條件變化適應(yīng)性差。在工作面地質(zhì)條件正常時,能實現(xiàn)安全支護和穩(wěn)產(chǎn);在地質(zhì)條件發(fā)生變化,如遇頂板破碎,則不能有效地支護頂板和煤壁,造成支架前方空頂、煤壁側(cè)片幫,直接威脅工作面操作人員的人身安全和設(shè)備安全。煤壁側(cè)片幫,易造成壓死刮板運輸機,使設(shè)備事故增多,頂板支護難度大,致使采煤工作面產(chǎn)量大幅度下降。

        (5)ZY3600-12/28 液壓支架設(shè)計時只有固定頂梁沒有護幫板,工作面正常推進使用時可以有效支護頂板,而在工作面機頭、機尾三角區(qū)域處因前梁支護長度有限不能有效支撐頂板,造成兩巷道與工作面交叉處經(jīng)常頂板破碎,嚴(yán)重時漏頂,降低職工作業(yè)安全系數(shù)。

        3 破碎頂板條件下的安全回采技術(shù)研究

        (1)實行追機作業(yè),拉架工采用帶壓移架法,同時打開降柱及移架手把,及時調(diào)整降柱手把,使破碎矸石滑向采空區(qū),移架達(dá)到規(guī)定步距后立即升柱。

        (2)如果頂板破碎,必須及時支護,即滯后采煤機前滾筒3~5 架,帶壓及時移架。

        圖2 3600 支架片幫挑梁裝置

        (3)工作面在回采期間發(fā)生滾幫導(dǎo)致梁端距大于340 mm 時,必須提前拉架。如超前拉出支架后空頂仍大于340 mm,必須在煤幫支設(shè)臨時點柱或在液壓支架上進行上板梁支護。

        (4)機道梁端至煤壁頂板冒落高度≤300 mm。

        (5)工作面出現(xiàn)冒頂時,要及時用木料接頂,并升緊支架。

        (6)設(shè)計加長挑梁,安設(shè)在工作面機頭、機尾與巷道交叉的支架前梁段。該裝置的使用能有效地控制三角區(qū)域頂板支護問題,如圖2。

        4 應(yīng)用效果

        (1)12704 工作面在使用支架挑梁后,能有效可靠地支護三角區(qū)域頂板,極大地降低了職工勞動

        強度,提高了安全系數(shù),減少了工作面機頭、機尾缺口三角區(qū)域維護時間,減少大量支護材料以及配件資金投入。

        (2)防片幫挑梁增強了對破碎頂板、煤壁片幫的支護能力,穩(wěn)定性好。

        (3)該支架一根4 m 鋼梁約790 元,加工一套挑梁裝置需要1 根,共計10 套,累計7900 元;而常規(guī)的三角區(qū)處理時,每四刀煤勾頂一架需4 根圓木,一根4 m 圓木約210 元,工作面共計10 架,需40 根圓木,整個工作面需要5000 根圓木,累計10.5 萬元。采用挑梁代替圓木勾頂,可以節(jié)約9.71萬元。

        (4)ZY3600-12/28 液壓支架在增加了液壓支架片幫挑梁后,保證了工作面的安全回采,實現(xiàn)了礦井的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn),取得了良好的經(jīng)濟效益。

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