徐 斌
(山東能源集團(tuán)鮑店煤礦,山東 鄒城 273513)
鮑店煤礦8302工作面位于八采區(qū)中部,是八采區(qū)3號煤層第二個綜放工作面。工作面平均標(biāo)高-214 m,面長266 m,走向長2 477 m,煤厚5.3~8.5 m,基礎(chǔ)儲量為437萬t。八采區(qū)南部受凹陷構(gòu)造影響、中部受背斜影響,導(dǎo)致煤層傾角變化較大,多個工作面杏行背斜南翼煤層傾角較大,8302工作面374~528 m區(qū)段為大仰角煤層,仰采角度13°~19°,總長度154 m。其中374~402 m區(qū)段輔順底板角度為13°,402~441 m區(qū)段角度為15°~19°,441 m~528 m區(qū)段輔順底板角度為13°~15°。
輔順推進(jìn)至372 m時,正巷角度由-1°直接提升至13°,一次性起坡難度大。工作面回采期間部分區(qū)域仰角變化幅度大,影響采高控制及運(yùn)輸機(jī)推移。110號架至機(jī)尾受斷層影響,煤層底板不連續(xù),角度變化較大,影響煤機(jī)飄剎刀控制。
輔順長距離沿Ⅷ-F6斷層(H=13 m)布置,回采期間110號架至機(jī)尾累計(jì)揭露Ⅷ-F80(H=2 m)、Ⅷ-F90(H=1.9 m)等7條伴生斷層,造成端頭頂板破碎,影響工作面正常推進(jìn)?;夭善陂g,110號架至機(jī)尾煤壁受地應(yīng)力及煤體自重影響,極易失穩(wěn)片幫,嚴(yán)重影響工作面正?;夭?。大仰角開采90 m范圍位于提高開采上限區(qū)域,上覆基巖厚度為80~55 m,存在冒頂(片幫)風(fēng)險(xiǎn)。
工作面大仰角開采區(qū)域兩巷高差變化較大(21.7~-3 m),需頻繁調(diào)面及調(diào)整支架支護(hù)狀態(tài),運(yùn)輸機(jī)上竄下滑控制困難,同時對頂板管控有較大影響。
1)拆卸煤機(jī)上護(hù)板,煤機(jī)滾筒尺寸由Φ2.5 m改為Φ2.24 m,減小煤機(jī)通過高度,保障及時進(jìn)行飄剎刀管控。
2)將135~150號架長護(hù)幫板(1.4 m)更換為短護(hù)幫板(1.1 m),加強(qiáng)護(hù)幫板對破碎頂板的適應(yīng)能力,保證煤機(jī)通過空間。
3)125~130號架、135~152號架前立柱之間增加護(hù)網(wǎng),防止面前片幫煤、矸進(jìn)入架間傷人,加強(qiáng)仰斜開采期間對面內(nèi)工作人員的保護(hù)。
4)其它措施:為確保大仰角開采期間順槽內(nèi)電纜車組順利拉移,現(xiàn)場施工采取錨桿加固措施,確保拉移安全。大仰角開采期間,在煤機(jī)返機(jī)造成電纜折疊的區(qū)域安裝防電纜出槽裝置。優(yōu)化支架電液控主界面顯示,實(shí)時顯示采高和傾角等參數(shù)[1]。
3.2.1 地質(zhì)預(yù)測和觀測
對大仰角開采區(qū)域煤層傾角進(jìn)行了大量預(yù)測,繪制了17個走向剖面圖和33個傾向剖面圖,并根據(jù)剖面圖的角度,制定了推進(jìn)位置底板角度控制表,動態(tài)指導(dǎo)煤機(jī)司機(jī)飄剎刀,確保順利回采。
大仰角開采區(qū)域超前進(jìn)行了地質(zhì)預(yù)測,導(dǎo)出仰采指導(dǎo)度數(shù)表,受機(jī)尾隱伏斷層VIII-F90和機(jī)頭隱伏斷層VIII-F92影響,部分區(qū)域?qū)嶋H度數(shù)與指導(dǎo)度數(shù)差值較大。大仰角開采區(qū)域超前進(jìn)行了地質(zhì)預(yù)測,結(jié)合開采期間的實(shí)際數(shù)據(jù),導(dǎo)出仰采度數(shù)對照表,通過對比發(fā)現(xiàn),除部分區(qū)域受斷層等影響差值較大外,87%的區(qū)域前期預(yù)測角度與實(shí)際基本相符。
3.2.2 數(shù)據(jù)分析
針對大仰角開采期間的管控重點(diǎn),由跟班及驗(yàn)收員負(fù)責(zé)記錄現(xiàn)場數(shù)據(jù),嚴(yán)格執(zhí)行面對面交接,以便于及時掌握運(yùn)輸機(jī)趨勢、支架狀態(tài)、特殊地質(zhì)情況以及物料備用情況等,動態(tài)指導(dǎo)生產(chǎn)。在驗(yàn)收單上重點(diǎn)記錄相關(guān)數(shù)據(jù),掌握割煤情況,調(diào)面情況、運(yùn)輸機(jī)運(yùn)動趨勢、支架支護(hù)狀態(tài)、特殊地質(zhì)情況、物料備用情況、開停機(jī)情況、輔助零活和工程質(zhì)量考核情況。
3.2.3 超前起坡順角度
根據(jù)大仰角開采區(qū)域推進(jìn)位置與煤層度數(shù),制定大仰角開采指導(dǎo)度數(shù)。機(jī)尾通過2號切眼聯(lián)絡(luò)巷后(推進(jìn)至366.2 m),超前逐步進(jìn)行飄刀,推進(jìn)至372 m時,機(jī)尾底板與巷道底板之間形成高0.5 m的臺階,之后再推進(jìn)約6 m時,機(jī)尾底板順平正巷底板。根據(jù)煤層度數(shù)預(yù)測,機(jī)尾146號架范圍支架沿走向方向起坡較快,為避免飄剎刀幅度過大,根據(jù)煤層底板預(yù)測角度情況,制定煤機(jī)飄剎刀指導(dǎo)度數(shù)。90~140號架在375~406 m范圍,會出現(xiàn)留底煤現(xiàn)象,最大為0.5 m。110~130號架在465~480 m范圍,會出現(xiàn)破矸現(xiàn)象,最大破矸約0.2 m,需要及時根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整參考角度。
3.3.1 超前加固
大仰角開采區(qū)域(374~528 m)輔運(yùn)順槽采幫肩窩位置施工了1路錨索鋼帶,回采前期在374~428 m非采幫肩窩位置施工了1路錨索鋼帶。為進(jìn)一步提高輔順頂板支護(hù)強(qiáng)度,回采期間在374~528 m巷中位置補(bǔ)打了1路錨索鋼帶。大仰角開采期間,輔順頂板完整,未出現(xiàn)下沉及漏冒現(xiàn)象。
3.3.2 煤巖體加固
方案1:大仰角開采前期,在未探明VIII-F90等斷層的情況下,確定馬麗散加注方案為:在輔順采幫距底板3 m高度處,以60°仰角向工作面預(yù)注馬麗散,孔深3 m,孔間距6 m,如圖1所示。馬麗散加注輻射范圍小,加注效果差,發(fā)生多次片幫冒頂情況。
方案2:大仰角開采后期431~528 m范圍,分別在輔順采幫距底板2 m、1.5 m處,以30°、20°仰角向工作面預(yù)注馬麗散,孔深為3 m、6 m,孔間距3 m,如圖2所示。加注在煤巖交界處,輻射范圍大,加固效果較好[2]。
3.3.3 端頭維護(hù)
145號架至機(jī)尾敷設(shè)雙層金屬網(wǎng)配合傾向工字鋼動態(tài)維護(hù)頂板,經(jīng)過對比試驗(yàn),現(xiàn)場采用菱形網(wǎng)配合經(jīng)緯網(wǎng)的雙網(wǎng)方式,經(jīng)緯網(wǎng)提供筋骨保證整體性,菱形網(wǎng)保障抗拉能力,有效提高了雙層金屬網(wǎng)的強(qiáng)度效果。
3.3.4 重點(diǎn)區(qū)域加固
根據(jù)8301工作面回采期間監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,巷道兩幫煤體內(nèi)部應(yīng)力升高區(qū)域?yàn)?~12 m,因此大角度仰采期間,機(jī)尾146~148號架應(yīng)加強(qiáng)頂幫觀測,及時采取頂幫加固措施,頂幫破碎時及時打注馬麗散。
8302工作面推進(jìn)至374~528 m為大仰角開采區(qū)域,仰采角度13~19°,總長度154 m。受隱伏斷層影響,140號架至機(jī)尾,破矸量大,以回順正巷為基本原則。110號~140號架,破矸較多,動態(tài)調(diào)整仰采角度。110號架至機(jī)頭參考指導(dǎo)度數(shù),沿底回采。輔順采幫超前加注馬麗散、145號架至機(jī)尾聯(lián)雙層金屬網(wǎng)加工字鋼維護(hù)頂板,累計(jì)使用10 m×1.15 m經(jīng)緯網(wǎng)約500塊、5 m×1.15 m菱形網(wǎng)約600塊、工字鋼約350根、4 m方木約100根、馬麗散約35 t,耗時39天順利完成大傾角礦段回采工作,平均每天割煤5.3刀。
1)巷道加固。超前進(jìn)行巷道加固,加密錨索鋼帶,提高頂板整體穩(wěn)定性。斷層發(fā)育區(qū)域,加注馬麗散,根據(jù)現(xiàn)場情況及時修正加注方案。
2)地質(zhì)預(yù)測。超前進(jìn)行煤層底板角度預(yù)測,制定飄剎刀指導(dǎo)度數(shù)表,指導(dǎo)工作面飄剎刀管理,并根據(jù)現(xiàn)場觀測情況動態(tài)更新。必要時對構(gòu)造進(jìn)行鉆探確認(rèn)。
3)工程管控。加強(qiáng)現(xiàn)場工程管控,對采高、仰角、煤機(jī)速度和支架狀態(tài)等重點(diǎn)關(guān)注,頂?shù)装鍍A向上均勻平齊[3]。
4)頂板管控。頂板是大仰角開采管控重點(diǎn),加強(qiáng)頂板基礎(chǔ)管理,保證降低采高、提高初撐力和拉超前架落實(shí)到位。優(yōu)化頂板管控方案,根據(jù)工作面實(shí)際情況探索并制定符合現(xiàn)場的端頭動態(tài)管控方案和冒頂事故應(yīng)急處置方案。加強(qiáng)現(xiàn)場支護(hù)材料儲備,確保單體、工字鋼、金屬網(wǎng)及馬麗散等支護(hù)材料儲備充足。
5)設(shè)備優(yōu)化。大仰角開采前期,應(yīng)根據(jù)工作面設(shè)備配套情況,及時優(yōu)化調(diào)整,更換相關(guān)配件,確保大仰角開采的順利進(jìn)行及人員和設(shè)備的安全。
6)安全防護(hù)。大仰角條件下組織生產(chǎn)和檢修作業(yè),進(jìn)行清單式管理,列出大仰角回采影響涉及的工序及零件清單,逐項(xiàng)制定安全管控措施,確保安全作業(yè)[4]。
鮑店煤礦8302工作面仰采角度13°~19°,總長度154 m,該工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,底板角度控制難度和頂板控制較大。通過采取大仰角開采關(guān)鍵技術(shù),包括設(shè)備改造、過程管控、現(xiàn)場管控和頂板管控等控制措施,順利完成了大傾角礦段回采工作,累計(jì)耗時39 d,平均每天割煤5.3刀,采礦效率較高。