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        煤峪口礦下分層采煤工作面開采技術(shù)的研究與應(yīng)用

        2021-10-22 06:17:58
        煤礦現(xiàn)代化 2021年5期
        關(guān)鍵詞:支架施工

        張 斌

        (大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司,山西 大同 037003)

        0 引言

        分層開采作為一種相對(duì)特殊的煤炭開采方法,其下分層工作面開采工藝工序的復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于一次性采全高開采。隨著煤峪口礦數(shù)十年的持續(xù)開采,礦田資源日益枯竭,如何利用分層開采技術(shù)盡可能回收煤炭資源成為煤峪口礦必須研究的問(wèn)題。在實(shí)際工作中,采取有效方式布置下分層采煤工作面,設(shè)計(jì)合理的巷道支護(hù)形式,采取多措施的通風(fēng)管理和安全管理,是保障下分層安全開采的必要手段。

        1 工作面概括

        11-12號(hào)層307盤區(qū)現(xiàn)階段為煤峪口礦主采盤區(qū)之一。煤層走向近似N W-SE,傾向N E,傾角2°~5°,煤層厚度4.2~7.96 m;分上、下2個(gè)分層,上分層為8701工作面,采高3.2 m,于2001年開采,現(xiàn)布置下分層8705工作面并對(duì)其進(jìn)行回采。

        考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,同層?xùn)|北為11-12號(hào)層8703采空區(qū),面間煤柱距離34 m,分層開采,上分層于2007年開采,采厚3.2 m,下分層于2013年開采,采厚2.2 m;上覆西部為11-12號(hào)層8703采空區(qū),與8701面間煤柱18 m,于2019年開采,采厚3.2 m。

        另外,受上分層工作面采動(dòng)影響,頂板已經(jīng)經(jīng)歷初次來(lái)壓與周期來(lái)壓,且經(jīng)過(guò)十?dāng)?shù)年的時(shí)間,煤層的老頂也已基本穩(wěn)定。預(yù)計(jì)在下分層開采過(guò)程中,工作面的礦壓顯現(xiàn)不明顯。但是由于下分層的頂板為頂煤及再生頂,破碎程度大,破碎的頂板必然給掘進(jìn)、通風(fēng)、回采等造成綜合性的管理困難。尤其在回采過(guò)程中,頂板往往很難控制,會(huì)出現(xiàn)頂板局部漏頂、頂板隨采隨冒、回關(guān)門柱時(shí)破碎的巖石易竄入工作面等,從而給安全生產(chǎn)帶來(lái)一定的安全隱患。

        2 下分層采煤工作面設(shè)計(jì)方案

        2.1 下分層工作面布置

        為使得巷道易于掘進(jìn)維護(hù),11-12號(hào)層307盤區(qū)下分層8705工作面布面方式采用與上分層8701工作面采空區(qū)內(nèi)錯(cuò)布置,距上分層工作面煤柱8~10 m布置2條順槽,使工作面煤柱加大,巷道在采空區(qū)下方掘進(jìn),回避了上方煤柱的水平應(yīng)力集中區(qū)域,容易掘進(jìn)和維護(hù),也利于回采期間兩巷的維護(hù)與頂板控制。工作面布置如圖1所示。

        圖1 11-12#層307盤區(qū)8705工作面與11#層層間對(duì)照?qǐng)D

        2.2 巷道支護(hù)

        兩巷上覆頂煤平均約為2.5 m,頂煤半亮,玻璃光澤,煤質(zhì)較硬,容重1.37 t/m3,單軸抗壓強(qiáng)度10.2~20.5 MPa,普氏巖石堅(jiān)固性系數(shù)1.05~2.05。再生頂厚由垮落巖石膠結(jié)形成,單軸抗壓強(qiáng)度和普氏巖石堅(jiān)固系數(shù)較小,破碎程度較大。為保證采掘期間兩巷頂板控制穩(wěn)定,采取以下技術(shù)措施:5705巷長(zhǎng)706 m(其中正巷588 m),沿煤層底板掘進(jìn)。0~520 m上覆為11-12號(hào)層采空區(qū),巷道施工為拱形斷面,規(guī)格:4 500×3 000 m,采用U29可縮型支架和金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),棚距1 m;5705巷520~706 m上覆為實(shí)煤,巷道施工為矩形巷道,規(guī)格:5 000 mm×3 000 mm,采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù),每1 m施工1組W型鋼帶,錨索每3 m施工2根,間距3.5 m。

        2705巷長(zhǎng)706 m,沿煤層底板掘進(jìn)。2705巷0~506 m上覆11-12號(hào)層采空區(qū),巷道施工為拱形斷面,規(guī)格:4 500 mm×3 000 mm,采用U29拱型棚和金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù);506~706 m上覆實(shí)煤,巷道施工為矩形巷道,規(guī)格:5 000 mm×3 000 mm,采用吊梁、金屬網(wǎng)、噴漿聯(lián)合支護(hù),工字鋼梁每1 m吊掛1根。

        為保證兩巷頂板完整性,減少局部漏冒頂事故。兩巷加強(qiáng)背頂管理,在頂板破碎區(qū)域(頭巷600~620 m、300~340 m),先鋪設(shè)塑編網(wǎng),搭接完好,然后再鋪設(shè)板皮,減少頂煤破碎漏煤。在頂煤厚度低于1.5 m的區(qū)域(頭巷210~270 m、尾巷160~250 m),注射馬麗散粘結(jié)劑固定頂煤,保證頂板完整,并進(jìn)行噴漿處理,避免破碎頂板進(jìn)風(fēng)引發(fā)采空區(qū)火災(zāi)。

        2.3 切巷施工

        因工作面頂煤厚度平均為3.4 m,最薄處約為1.6 m,采取傳統(tǒng)的大斷面施工法開掘工作面切巷會(huì)導(dǎo)致巷道跨度大,頂煤受荷載壓力破碎給切巷維護(hù)造成重大難度,也存在上覆采空區(qū)有害氣體下泄的安全隱患。綜合考慮后,我礦采用二次施工法掘進(jìn)切巷。即由機(jī)掘隊(duì)先開掘切巷初始斷面(巷寬4.2 m),然后由工程隊(duì)采用減小裝藥量的方式并配合人工裝渣完成切巷壁龕(長(zhǎng)18 m、深1 m)的施工。

        在初始斷面完成并支護(hù)完好后,由綜采隊(duì)進(jìn)行二次刷大斷面。支護(hù)形式采用緊追機(jī)組支設(shè)4 m工字鋼梁,邁步式前探前移的方式刷出整個(gè)斷面。

        3 通風(fēng)管理

        3.1 上隅角瓦斯抽采

        上分層11-12號(hào)層采空區(qū)甲烷濃度為0.15%~0.70%,二氧化碳濃度為3.32%~9.24%。由于層間距較小,回采期間受采動(dòng)影響可能出現(xiàn)頂板裂隙發(fā)育或與上覆采空區(qū)連通,導(dǎo)致上覆采空區(qū)內(nèi)的瓦斯、二氧化碳等氣體下泄至8705工作面,造成8705工作面出現(xiàn)瓦斯超限、上隅角出現(xiàn)低氧現(xiàn)象。為防止上分層有害氣體下泄,在5705巷掘進(jìn)完畢等待貫通期間,采用在5705巷敷設(shè)瓦斯抽放管路,對(duì)5705巷進(jìn)行封閉并巷抽有害氣體,超前治理上分層氣體下泄安全隱患。在回采期間采用選取上隅角瓦斯抽采方法,在11-12號(hào)層5705巷布置抽采管路,在距上隅角80 m處布置600 mm的風(fēng)筒使其與鋪設(shè)在5705巷的抽采管路相連,利用井下移動(dòng)式瓦斯抽放泵對(duì)11-12號(hào)層8705工作面上隅角有害氣體進(jìn)行抽采。

        3.2 注氮防滅火

        回采期間,在2705巷280~340 m施工6組頂板穿煤注氮鉆孔,孔距5 m,全天不間斷進(jìn)行注氮防滅火,預(yù)防上分層采空區(qū)遺煤自燃。

        4 安全管理

        回采期間,嚴(yán)格執(zhí)行“追機(jī)移架”制度。在頂煤裂隙發(fā)育、破碎的情況下,及時(shí)采取超前帶壓移架措施。保證工作面“三直兩平兩暢通”,支架接頂嚴(yán)實(shí),相鄰支架頂梁平整,無(wú)明顯錯(cuò)差,支架不擠、不咬;支架端面距不大于300 mm。

        回采期間,隨時(shí)觀察工作面頂煤壁及頂板情況,發(fā)現(xiàn)有片幫或頂板破碎問(wèn)題,及時(shí)采取預(yù)注馬麗散安全措施,保證頂煤穩(wěn)定性。在工作面回采至頂煤厚度低于1.5 m區(qū)域,適當(dāng)調(diào)整工作面采高,加強(qiáng)工作面機(jī)電設(shè)備檢修管理,迅速通過(guò)頂煤變薄區(qū)域。

        合理制定兩巷U29可縮型支架回撤計(jì)劃,采煤機(jī)前(后)滾筒割至距端頭5 m且巷道支護(hù)距工作面煤壁≤0.5 m時(shí),在頭、尾“三角”區(qū)頂板完整的情況下方可回撤第一排(工作面煤壁處)支架第1、2節(jié)棚腿(里煤幫側(cè)),其余3節(jié)采用在其下方支設(shè)單體或架設(shè)邁步抬棚將其固定,待這3節(jié)棚腿過(guò)支架切頂線后再進(jìn)行回撤,且必須堅(jiān)持“先支后回”原則。

        在綜采工作面頭、尾三角區(qū)域加強(qiáng)支護(hù),兩巷端頭采用抬棚支護(hù)(6 m鋼梁)一端支設(shè)1根單體,另一端與完好U型棚用卡欄固定,并在U型可縮型支架人行側(cè)卡欄處支設(shè)單體,抬棚步距0.5 m,隨采隨移,具體如圖2、圖3所示。

        圖2 工作面煤壁-尾端頭支護(hù)示意圖

        圖3 工作面煤壁-轉(zhuǎn)載尾端頭支護(hù)示意圖

        5 結(jié)語(yǔ)

        采取該套分層開采技術(shù)體系布置的下分層工作面,頂板穩(wěn)定易控制,消除了上覆氣體泄漏等隱患,可實(shí)現(xiàn)下分層工作面的快速布置,安全效果好。促進(jìn)礦井安全生產(chǎn),增加了煤峪口礦資源回收量,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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