張鵬偉
(西山煤電杜兒坪礦,山西 太原 030053)
煤礦中含有多個(gè)回采工作面,各個(gè)工作面的接續(xù)效率受制于工作面的回撤效率,在實(shí)際回撤過程中由于支護(hù)不合理、不全面導(dǎo)致冒頂壓機(jī)事故的出現(xiàn),尤其是液壓支架被壓死無法撤出工作面,大大延緩了綜采工作面的回撤效率[1]。因此,為保證礦井高效高產(chǎn)的生產(chǎn)目標(biāo),提高綜采工作面的回撤效率,需對(duì)回撤通道進(jìn)行合理支護(hù),并對(duì)回撤方案進(jìn)行優(yōu)化。
本文針對(duì)1209工作面在實(shí)際回撤過程中存在的問題對(duì)回撤通道的支護(hù)和回撤方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。1209工作面煤層的平均厚度為3.55 m,煤層的傾角范圍為2°~7°,平均傾角為4°。1209工作面的地質(zhì)情況如表1所示。
表1 1209工作面地質(zhì)情況
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)可知,1209工作面包含的巷道有切眼、運(yùn)輸順槽、輔助運(yùn)輸順槽、聯(lián)絡(luò)橫川以及回風(fēng)順槽,整個(gè)工作面采用“E”形的布置方式對(duì)所有巷道進(jìn)行布置。工作面所有巷道的斷面形狀均為矩形,主要采用錨索進(jìn)行支護(hù)[2]。本文主要研究1209工作面回撤通道的支護(hù)問題,重點(diǎn)對(duì)其配置的液壓支架進(jìn)行說明。1209工作面所配置的液壓支架類型及數(shù)量包括有二柱掩護(hù)式端頭液壓支架(5臺(tái))、二柱掩護(hù)式過渡液壓支架(2臺(tái))以及二柱掩護(hù)式中部液壓支架(134臺(tái))。
通過掌握1209工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,決定在回撤通道布置停采讓壓技術(shù)確保頂板所集聚的礦山壓力完全泄放,保證工作面設(shè)備的順利回撤和安全回撤。為此,在工作面中選擇9個(gè)液壓支架并分別安裝一臺(tái)紅外壓力傳感器,所監(jiān)測(cè)液壓支架的編號(hào)為4號(hào)、9號(hào)、14號(hào)、64號(hào)、69號(hào)、74號(hào)、124號(hào)、129號(hào)、134號(hào)。
經(jīng)對(duì)紅外壓力傳感器所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知,1209工作面的中間部位為巷道頂板支撐壓力的集中區(qū)域,該區(qū)域頂板出現(xiàn)破碎且斷裂的問題,其周期來壓步距約為18 m,而在工作面左右兩端的周期來壓步距約為22 m。此外,在工作面周期來壓期間,其頂板被嚴(yán)重破壞、煤壁兩幫也出現(xiàn)片幫的現(xiàn)象,而且周期來壓的影響范圍為推進(jìn)步距的2~3倍。因此,工作面停采后,嚴(yán)禁私自降壓從而影響頂板的完整性。與此同時(shí),結(jié)合1209工作面的地質(zhì)條件,其在距離停采10.25~14.25 m的位置進(jìn)行合理讓壓操作[3]。
結(jié)合1209工作面的地質(zhì)條件,其頂板的巖層包括有兩個(gè)關(guān)鍵層:其一為距離煤層上方25 m位置處的以粗砂巖為主的主關(guān)鍵層,厚度為15 m;其二為距離煤層上方2.1 m位置處的以中粗砂巖為主的亞關(guān)鍵層,厚度為11.9 m。
停采讓壓期間的核算:經(jīng)計(jì)算可知,1209工作面頂板屬于軟弱性,其對(duì)應(yīng)的冒落帶高度為5.92 m,而且亞關(guān)鍵層處于垮落的范圍之內(nèi)。因此,當(dāng)工作面頂板發(fā)生周期來壓后,其頂板結(jié)構(gòu)成為臺(tái)階—砌體梁結(jié)構(gòu)。在停采讓壓期間要求液壓支架的工作阻力不得低于9 503.3 kN,而當(dāng)前工作面所配置液壓支架的額定工作阻力僅為8 500 kN,無法對(duì)工作面頂板進(jìn)行良好的控制。因此,在停采讓壓期間還需采用單體液壓支柱加強(qiáng)對(duì)頂板圍巖的支護(hù)控制。
回撤期間的核算:在回撤期間液壓要求液壓支架的工作阻力不得低于6 363.4 kN,當(dāng)前工作面所配置的液壓支架能夠滿足回撤的要求[4]。工作面所配置的液壓支架的長度為6.9 m,一般情況下要求回撤通道的寬度大于液壓支架長度的一半。因此,綜合考慮確定回撤通道的寬度為4 m。
鑒于傳統(tǒng)支護(hù)方案中選用菱形鐵絲網(wǎng)強(qiáng)化支護(hù)時(shí)存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、支護(hù)效率低以及工序繁雜的問題,本工程采用高強(qiáng)樹脂纖維網(wǎng)和錨桿錨索的聯(lián)合支護(hù)方式。結(jié)合工作面回撤通道的寬度、液壓支架頂梁及掩護(hù)梁的長度等參數(shù),最終確定高強(qiáng)樹脂纖維網(wǎng)的寬度為25 m。結(jié)合工作面巷道的布置長度約為240 m,在保證一定余量的前提下,最終確定高強(qiáng)度樹脂纖維網(wǎng)的長度為260 m。
工作面所選擇頂板和兩幫支護(hù)錨桿類型為螺紋鋼錨桿,其中錨桿直徑為20 mm,錨桿長度為2 500 mm,對(duì)于頂板支護(hù)錨桿的間距為800 mm,錨桿排間距為800 mm,對(duì)于兩幫支護(hù)錨桿間距為800 mm,錨桿排間距為1 500 mm。
工作面的錨索采用五花眼布置,對(duì)應(yīng)錨索直徑為17.8 mm,錨索長度為8 000 mm,錨索間距為3 200 mm,錨索排間距為1 600 mm。
針對(duì)已經(jīng)支護(hù)后的回撤通道采用單向回撤和雙向回撤兩種方案對(duì)工作面的100臺(tái)液壓支架進(jìn)行回撤,兩種回撤方案的流程如圖2所示。
如圖2所示,單向和雙向回撤方案均經(jīng)歷3個(gè)階段對(duì)工作面的液壓支架進(jìn)行回撤。其中,在第一階段回撤10臺(tái)液壓支架;在第二階段回撤30臺(tái)液壓支架;在第三階段回撤100臺(tái)液壓支架。方案一為由工作面中部對(duì)液壓支架進(jìn)行雙向回撤;方案二為從運(yùn)輸巷開始對(duì)液壓支架進(jìn)行單向回撤。基于FLAC3D軟件對(duì)不同回撤方案對(duì)應(yīng)頂板的下沉量進(jìn)行仿真分析,得出如圖3所示的結(jié)果。
圖2 不同回撤方案流程模擬
分析圖3可知,雙向回撤時(shí)工作面各個(gè)剖面對(duì)應(yīng)頂板的下沉量明顯小于單向回撤時(shí)的下沉量。即,采用雙向回撤時(shí)對(duì)工作面頂板能夠進(jìn)行更好的控制[5]。
圖3 不同回撤方案對(duì)應(yīng)的頂板下沉量
綜上所述,針對(duì)1209工作面回撤通道采用高強(qiáng)度樹脂纖維網(wǎng)進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)后通過雙向回撤技術(shù)對(duì)工作面的液壓支架進(jìn)行回撤。實(shí)踐表明,采用上述方案進(jìn)行回撤總耗時(shí)14 d即完成了回撤任務(wù),直接節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本約為108萬元。
綜采工作面的回撤效率直接決定相鄰工作面的接續(xù)效率,對(duì)保證煤礦高產(chǎn)高效生產(chǎn)具有重要意義。在實(shí)際回撤中,需根據(jù)工作面地質(zhì)條件對(duì)回撤通道進(jìn)行優(yōu)化支護(hù)的同時(shí),考慮工序相對(duì)簡單的支護(hù)手段,此外,可結(jié)合數(shù)值模擬軟件對(duì)不同回撤方案下對(duì)頂板圍巖的控制效果進(jìn)行分析,最終得出最佳回撤方案。針對(duì)1209工作面液壓支架回撤采用雙向回撤技術(shù)進(jìn)行回撤任務(wù),總耗時(shí)約為14 d,較上一個(gè)工作面提前11 d且可直接節(jié)約成本108萬元。