魯 蒙,舒 梅,周橫全(煤炭工業(yè)石家莊設(shè)計研究院貴州分院,貴州 貴陽550001)

1 前言

煤炭開采過程中難以避免遇到斷層、褶曲、巖漿巖以及陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造,工作面過地質(zhì)構(gòu)造時不僅會增加回采設(shè)備管理難度而且降低工作面生產(chǎn)效率,同時在工作面過地質(zhì)構(gòu)造時容易引起涌水、瓦斯異常涌出以及冒頂?shù)劝踩鹿蔥1-3]。通常情況下回采工作面過地質(zhì)構(gòu)造時常遇到技術(shù)問題有:工作面頂?shù)装逡约懊后w破碎、煤壁容易片幫、頂板容易冒頂;工作面超前支護困難;采煤機、綜采液壓支架等設(shè)備移動困難[4-6]。因此,在工作面過地質(zhì)構(gòu)造時應(yīng)針對構(gòu)造賦存特性,制定針對性技術(shù)措施,方可確保工作面生產(chǎn)安全。文中就以礦井1602 綜采工作面過X3陷落柱為工程背景,針對性提出安全技術(shù)措施,確保了工作面生產(chǎn)安全。

2 工程概況

2.1 工作面概況

1606 綜采工作面開采6 號煤層,設(shè)計走向推進長度960m、傾向長度180m,工作面北側(cè)為采區(qū)集中運輸巷、南側(cè)為實體煤、東側(cè)為已回采完畢的1604 工作面采空區(qū)、西側(cè)為圈定的1608 工作面(回采巷道已掘進)。6 號煤層厚度平均5.2m,采用綜采工藝,全部垮落法管理頂板,目前為止工作面已回采超過460m。

工作面開采的6 號煤層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,中間夾雜有2～3 層泥巖、砂質(zhì)泥巖矸石(厚度總計在0.5m 以內(nèi)),煤層賦存穩(wěn)定,全區(qū)可采。煤層上覆無偽頂,直接頂、直接底巖性以泥巖為主,具體頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 頂?shù)装鍘r性參數(shù)

2.2 地質(zhì)概況

根據(jù)前期三維地震勘探資料以及回采巷道實際揭露地質(zhì)資料,在1606 綜采工作面前方636m 位置存在X3陷落柱(長軸×短軸=50m×24m),下陷高度預(yù)計為3.9m,預(yù)計影響工作面推進距離為52m。在該陷落柱周邊可能存在有小型隱伏斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造,對工作面正?；夭捎休^大影響。

通過鉆探探測發(fā)現(xiàn)X3陷落柱內(nèi)主要為砂質(zhì)泥巖、泥巖充填,局部位置探測有塊狀、粉煤裝煤,泥巖較為破碎。在陷落柱內(nèi)的砂質(zhì)泥巖、泥巖充填物整體呈散狀堆積。

3 工作面過陷落柱技術(shù)措施及存在主要問題

3.1 工作面過陷落柱技術(shù)措施

鉆探探測到X3陷落柱不含水且不具備導(dǎo)水性,為了提高煤炭回采率以及工作面推進速度,提出采用平推硬過方法過陷落柱。在工作面過陷落柱期間液壓支架采用帶壓移架方式與頂?shù)装鍘r層緊密接觸,采煤機截割深度控制在800mm,采煤機截割煤炭后液壓支架及時前移。

3.2 工作面過陷落柱期間面臨問題分析

(1)探測到X3陷落柱形狀分布不規(guī)則,在工作面過陷落柱時在地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力作用下頂板應(yīng)力集中。在工作面推進時若采用綜采液壓支架直接支護頂板時容易出現(xiàn)頂梁與上覆巖層接觸不密實問題,容易導(dǎo)致頂板冒落、支架傾覆等問題,而且液壓支架工作阻力也難以達到設(shè)計值[7-8]。

(2)X3陷落柱內(nèi)充填物為砂質(zhì)泥巖、泥巖,巖層硬度整體較小、破碎且膠結(jié)不穩(wěn)定,在工作面推進時若不采取其他安全技術(shù)措施直接采用液壓支架支撐頂板,極其容易引起陷落柱內(nèi)煤巖、砂質(zhì)泥巖充填物結(jié)構(gòu)失穩(wěn),出現(xiàn)巖體冒落事故,給工作面生產(chǎn)安全帶來直接影響。

(3)鉆探發(fā)現(xiàn)在靠近陷落柱范圍內(nèi)受地質(zhì)構(gòu)造影響煤體破碎、松軟、硬度較低,煤層與陷落柱膠結(jié)位置處賦存不穩(wěn)定,工作面在陷落柱附近回采時出現(xiàn)煤壁片幫、頂板冒頂風(fēng)險較大。

4 工作面過陷落柱安全技術(shù)措施

4.1 破碎松軟煤體加固

為了提升陷落柱附近煤體強度,確保工作面回采安全,決定在1606 綜采工作面采用超前注漿方式對陷落柱周邊煤體進行加固。

(1)在1606 綜采工作面推進至626m 位置時,此時工作面與前方X3陷落柱間距為10m,在受陷落柱影響區(qū)煤壁上布置一批注漿鉆孔,鉆孔孔深、間距分別為5.0m、3.0m,在頂板下方1.5m 位置開孔,并以10°傾角布置。

(2)施工完成注漿孔后,采用便攜式高壓泵進行注漿,注漿漿液選用化學(xué)漿液(馬麗散),待注漿孔周邊有注漿漿液外滲時停止注漿。

(3)待工作面注漿孔逐漸完成3h 后方可進行回采,工作面推進5m 后即開始第二排注漿孔布置,具體第二排注漿孔布置參數(shù)、注漿參數(shù)與第一排注漿孔一致。

(4)在工作面過陷落柱前后20m 范圍內(nèi)(過陷落柱前10m、過陷落柱后10m),共計布置4 排注漿鉆孔。

4.2 頂板管理措施

為了確保工作面過陷落柱期間頂板穩(wěn)定,避免頂板冒落事故發(fā)生,提出采用增加液壓支架工作阻力、布置撞鍥進行超前支護,對過陷落柱位置處頂板破碎巖體進行管理。

(1)當(dāng)1606 綜采工作面推進至X3陷落柱位置時,在工作面內(nèi)向頂板方向施工一排鉆孔用以超前支護,布置的鉆孔孔深、間距及孔徑分別為5.0m、1.5m、30mm,每排鉆孔布置15 個鉆孔。

(2)待施工完成超前鉆孔后,在鉆孔內(nèi)分別裝入錨固劑、長金屬錨桿(錨桿規(guī)格:φ25mm×5.0m),錨固用手持式鉆機完成。

(3)施工完成第一排撞鍥后可進行采煤機割煤工作,確保割煤深度在500mm 以內(nèi),割煤完成后采用帶壓移架方式移動液壓支架,移架過程中應(yīng)確保頂梁與頂板巖層緊密接觸。

(4)待工作面回采4.0m時開始施工第二排撞鍥,確保鄰近的兩排撞鍥間有1.0m 重疊距離,相鄰的兩排撞鍥成交叉布置,以此類推布置撞鍥直至采面推進過X3陷落柱,具體工作面內(nèi)注漿鉆孔、撞鍥布置如圖1所示。

圖1 工作面內(nèi)注漿鉆孔、撞鍥布置示意圖

5 結(jié)論

(1)在1606 工作面過X3陷落柱期間工作面推進速度保持在4.5m/d 以上,較平時推進提高1.3m/d,通過提高工作面推進速度有效降低頂板破碎巖層對工作面生產(chǎn)影響。

(2)礦井1606 綜采工作面在過陷落柱期間采取以注漿加固、布置撞鍥、帶壓移架等為核心的頂板管理措施后,在推進過陷落柱期間未出現(xiàn)頂板冒落、煤壁片幫等安全問題,實現(xiàn)了工作面安全回采。

(3)工作面采用提出的過陷落柱技術(shù)措施較傳統(tǒng)的跳采方式可多回采煤炭約5 萬t,有效提升了采面煤炭采收率及礦井經(jīng)濟效益,取得顯著應(yīng)用成果。