吉艷平
(山西澤州天泰和瑞煤業(yè)有限公司,山西 澤州 048000)
陷落柱是較好的導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造,同時(shí)陷落柱內(nèi)充填物的承載能力及穩(wěn)定性往往較差,在采面設(shè)計(jì)時(shí)若通過留設(shè)保護(hù)煤柱方式規(guī)避陷落柱,則會出現(xiàn)采面不規(guī)則或者降低煤炭采收率等問題;若將陷落柱圈定在采面內(nèi),采煤機(jī)硬過陷落柱時(shí)則面臨頂板失穩(wěn)、采煤機(jī)破巖等各種問題,制約了煤炭開采速度。本文依據(jù)現(xiàn)場情況,提出了針對性過陷落柱的技術(shù)措施,不僅可實(shí)現(xiàn)煤炭高效、持續(xù)生產(chǎn),而且對采面安全生產(chǎn)的保障能力具有一定的促進(jìn)意義,現(xiàn)場應(yīng)用后取得了較為顯著的安全及經(jīng)濟(jì)效益。
13205采煤工作面回采13號煤層,采面設(shè)計(jì)面長180 m、推進(jìn)長度956 m,采面東側(cè)及北側(cè)均是未開采煤炭,南側(cè)為采區(qū)巷道、西側(cè)為已回采完畢的13203采空區(qū)。13號煤層厚度均值2.8 m、埋深395 m,采面采用綜采方式,全部垮落法管理頂板,現(xiàn)階段13205采煤工作面推進(jìn)長度超過450 m。在13號煤層結(jié)構(gòu)復(fù)采,夾雜有2~5層炭質(zhì)泥巖加矸,煤層賦存穩(wěn)定,具體頂?shù)装鍘r性參數(shù)如表1所示。
表1 13號煤層頂?shù)装鍘r性
回采巷道掘進(jìn)揭露以及三維地震勘察資料顯示,在13205綜采工作面開采范圍內(nèi)發(fā)育有X102陷落柱(短軸12 m、長軸18 m),陷落柱內(nèi)部有堅(jiān)硬的石灰?guī)r以及強(qiáng)度較低的泥巖,充填物膠結(jié)性較差。在X102陷落柱周邊有其他的小伴生地質(zhì)構(gòu)造,陷落柱影響區(qū)內(nèi)對煤炭開采的影響較為明顯。
通過前期探測發(fā)現(xiàn),X102陷落柱內(nèi)部不含水且陷落柱未與底板承壓水含水層聯(lián)通,為提高采面煤炭資源回收率并就降低陷落柱對煤炭開采的影響,提出采煤機(jī)直接截割陷落柱內(nèi)巖體。為提高采面過陷落柱期間頂板的穩(wěn)定性,采用帶壓移架方式前移液壓支架。依據(jù)現(xiàn)場情況,對采面在過陷落柱期間面臨的問題進(jìn)行歸納,具體包括:
1) X102陷落柱形狀不規(guī)則,采煤工作面在陷落柱影響范圍內(nèi)推進(jìn)時(shí)受應(yīng)力疊加影響(包括構(gòu)造應(yīng)力、地應(yīng)力及采動壓力等),同時(shí)由于13號煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖、泥巖互層,本身承受能力及穩(wěn)定性較差,若開采時(shí)采面對頂板控制效果較差,則容易出現(xiàn)頂板垮落問題甚至引起液壓支架傾覆,液壓支架工作阻力難以達(dá)到預(yù)先設(shè)定值。
2) X102陷落柱內(nèi)部被石灰?guī)r、泥巖等充填,巖體穩(wěn)定性較差,但是部分大塊石灰?guī)r強(qiáng)度高,采煤機(jī)直接截割時(shí)面臨磨損嚴(yán)重、推進(jìn)速度緩慢等問題。
3) 前提鉆孔探測發(fā)現(xiàn),陷落柱附近煤體破碎且松軟,陷落柱周邊煤層賦存不穩(wěn)定,當(dāng)13205采煤工作面推擠至X102陷落柱附近時(shí)容易出現(xiàn)片幫、冒頂?shù)葐栴},影響煤炭正常生產(chǎn)。
在采面回采過陷落柱時(shí),應(yīng)依據(jù)陷落柱內(nèi)部充填巖體裂隙發(fā)育情況以及巖體硬度等,采用采煤機(jī)直接截割或者輔助采用松動爆破方式提高采煤機(jī)推進(jìn)速度。對陷落柱內(nèi)充填物進(jìn)行取樣測試,發(fā)現(xiàn)充填巖體最大抗壓強(qiáng)度可達(dá)到65 MPa,因此需要輔助采用爆破方式降低充填體強(qiáng)度。在陷落柱影響范圍內(nèi)開采時(shí),應(yīng)適當(dāng)降低開采高度,采高應(yīng)確保采煤機(jī)可正常移動,同時(shí)確保采面平直、底板平穩(wěn),刮板輸送機(jī)能正常運(yùn)行。
在采面推進(jìn)過程中,必須確保液壓支架與頂板良好接觸,以實(shí)現(xiàn)頂板有效管理;在陷落柱影響范圍內(nèi)割煤時(shí),采煤機(jī)牽引速度控制在1.0 m/min,在截割過程中時(shí)刻關(guān)注采煤機(jī)運(yùn)行及頂板穩(wěn)定性情況,確保生產(chǎn)安全。
在采面內(nèi)布置炮眼并通過松動爆破方式提高破巖效果。采面內(nèi)炮眼布置見圖1,共計(jì)布置3排炮眼,上部炮眼與頂部間距控制在500 mm、下部炮眼與底板間隔600 mm,炮眼孔深為1 800 mm;炮眼均垂直煤壁施工,單個(gè)炮眼內(nèi)放入2~3卷炸藥,封孔綜合使用黃土炮泥、水炮泥,炮眼裝藥結(jié)構(gòu)見圖2。在陷落柱內(nèi)推進(jìn)時(shí)適當(dāng)降低截割深度至700 mm,牽引速度為4.0 m/min,提高頂板穩(wěn)定性控制能力。同時(shí)在生產(chǎn)過程中應(yīng)強(qiáng)化噴霧降塵,提升煤炭生產(chǎn)效率。
圖1 炮眼布置示意(mm)
圖2 炮眼內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)
在松動爆破前應(yīng)將刮板輸送機(jī)盡量靠近支架側(cè),并用廢舊輸送帶包裹液壓支架立柱,避免松動爆破產(chǎn)生的矸石砸壞液壓支架立柱;對于陷落柱內(nèi)充填的高硬度巖體,通過縮小炮眼間距、增加裝藥量等方式提高破巖效果。對陷落柱內(nèi)的堅(jiān)硬巖體爆破后,確保破碎后巖體直徑在300 mm的以內(nèi),便于后續(xù)刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等的運(yùn)輸。
在過陷落柱時(shí)應(yīng)確保采面端頭按照規(guī)定加密支柱,采面內(nèi)液壓支架應(yīng)確保頂梁與頂板接觸密實(shí);采面液壓支架移動采用帶壓移架方式,帶壓移架到位后,若支架與端面間距離超過518 mm時(shí),需在支架上安裝板梁(2個(gè))并與板梁緊密接觸。
1) 當(dāng)采煤工作面內(nèi)發(fā)育有陷落柱時(shí),采面在陷落柱影響范圍內(nèi)推進(jìn)速度較慢且存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。在對采面現(xiàn)場地質(zhì)情況、開采情況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,通過采用采煤機(jī)割巖、松動爆破以及強(qiáng)化頂板管理等措施,提高采面過陷落柱的效率以及安全保障能力。
2) 在過陷落柱期間應(yīng)嚴(yán)格控制采面開采高度,盡量降低陷落柱影響區(qū)內(nèi)采高,強(qiáng)化頂板管理,確保采煤機(jī)在陷落柱影響范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行;為降低采煤機(jī)過陷落柱時(shí)的磨損并提高推進(jìn)效率,采用松動爆破方式弱化陷落柱內(nèi)堅(jiān)硬巖體,并對松動爆破技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3) 在13205綜采工作面過X102陷落柱影響區(qū)時(shí),頂板始終保持穩(wěn)定,采面推進(jìn)速度可達(dá)到4.0 m/d,同時(shí)采煤機(jī)截割齒磨損量較小,實(shí)現(xiàn)了安全高效過陷落柱。