王 鵬
(山西潞安化工集團高河能源有限公司,山西 長治 047100)
陷落柱廣泛分布在我國煤炭產(chǎn)區(qū),陷落柱的存在直接影響了煤礦的安全高效生產(chǎn)[1]。為了使回采作業(yè)順利進行,必須采用綜采工作面過陷落柱相關(guān)技術(shù)方案[2]。本文重點介紹高河能源W3305 工作面過Xw44 陷落柱技術(shù)方案在超前探測、生產(chǎn)組織、注漿加固、設(shè)備檢修方面的優(yōu)化,為綜采工作面安全高效通過陷落柱提供了方法和經(jīng)驗。
W3305 工作面為高河能源西三盤區(qū)工作面,南北均為未采區(qū),東面接+450 m 水平北翼大巷,西面為礦界。該工作面所采為3#煤層,煤厚5.25~8.4 m,平均厚度6.83 m,煤層最大傾角為9°,平均4°。W3305 工作面按三進一回布置,即膠帶順槽、進風順槽、輔運順槽進風,回風順槽回風,膠帶順槽長2777 m,進風順槽長2727 m,輔運順槽長2780 m,回風順槽長2830 m。W3305 工作面切眼長度320 m,可采長度為960 m。煤層頂?shù)装遒x存情況見表1。根據(jù)三維地震勘探及實際鉆探結(jié)果,工作面推進至338 m 進度處將揭露Xw44 陷落柱。Xw44 陷落柱位于工作面中部,在工作面回采范圍之內(nèi)。該陷落柱長軸為東西方向,長軸長167 m,短軸為南北方向,短軸長48 m,如圖1 所示,預(yù)計該陷落柱在工作面338~505 m 進度范圍內(nèi),正規(guī)81#~121#架范圍間揭露。
圖1 W3305工作面Xw44陷落柱揭露范圍平面示意圖(m)
表1 W3305 工作面煤層頂?shù)装遒x存情況表
煤礦綜采工作面處理陷落柱,會根據(jù)陷落柱的揭露范圍、形狀、導水性、硬度等來確定回采方法,主要包括另開切眼和強行通過兩種方法[3]。經(jīng)前期探測,W3305 工作面Xw44 陷落柱呈橢圓形分布,不導水,不富水,柱體內(nèi)巖性主要為泥質(zhì)砂巖、中-細粒砂巖、泥巖等,膠結(jié)性好,硬度中等,預(yù)計正常涌水量5~10 m3/h,最大涌水量40~50 m3/h。強行回采過Xw44 陷落柱與另開切眼跨陷落柱回采相比較,增加回收煤炭資源45.9 萬t。綜合考慮,確定采用預(yù)裂爆破配合采煤機切割方式通過。
1)揭露范圍的不確定性
回采過程中,陷落柱的揭露范圍直接關(guān)系到預(yù)裂爆破、注漿加固、工序組織調(diào)整等方面,但目前常用的探測技術(shù)無法準確確定陷落柱的實際揭露范圍,隊組一般根據(jù)回采過程中的陷落柱的揭露情況,進行經(jīng)驗估計,以確定后期的組織安排。
2)頂板煤墻破碎情況嚴重
工作面推進至陷落柱區(qū)域時,存在煤墻片幫嚴重、頂板破碎冒落等情況,嚴重影響工作面的正?;夭蒣4]。在煤墻片幫、頂板破碎情況發(fā)生后,一般采取注漿加固進行補救,但需提前支護,工序緊張,加固效果差,影響工程質(zhì)量,且人員作業(yè)安全風險高。
3)工序繁雜,生產(chǎn)組織不穩(wěn)定
預(yù)裂爆破配合采煤機切割方式通過陷落柱,包括有超前探測、打眼放炮、注漿加固、設(shè)備檢修、機組割煤等主要工序,隨著陷落柱揭露范圍的擴大,各工序工作量也相應(yīng)增加,由于各主要工序之間在空間和時間上存在相互影響的情況,如果沒有合理的組織安排,必然造成進度滯后。
4)設(shè)備故障率高
過陷落柱期間,雖然陷落柱區(qū)域經(jīng)過預(yù)裂爆破,巖體已大面積破裂,但存在留底及大塊巖石殘留的情況,需要采煤機進行破巖通過。但采煤機截割過程中,截齒磨損情況嚴重,各部位連接螺栓受振動影響易松動;前部刮板輸送機運輸過程中,受運輸巖石影響,刮板兩側(cè)磨損情況嚴重,接鏈環(huán)、鏈條受拉存在變形開裂情況;轉(zhuǎn)載機、破碎機運行過程中,受運輸巖石影響,刮板磨損情況嚴重,破碎錘頭易出現(xiàn)松動;液壓支架由于放炮及推溜影響,千斤頂竄液、高壓膠管漏液情況極易發(fā)生,影響正常推進;膠帶輸送機運輸過程中,皮帶面易受巖石沖擊破損,卡扣磨損嚴重,托輥損壞數(shù)量增多[5]。以上問題直接影響設(shè)備的運行穩(wěn)定性,如若發(fā)生故障,將導致進度停滯,影響整體推進。
在工作面推進至距離陷落柱預(yù)測邊界50 m 時,在陷落柱預(yù)測揭露段煤墻布置水平探眼,以確定陷落柱揭露位置及揭露范圍變化趨勢。陷落柱揭露后,每推進8 m,使用ZRS31 液壓鉆機在陷落柱揭露區(qū)域前后10 m 范圍內(nèi)各打設(shè)4 個探眼,要求探眼垂直煤墻,順煤層傾角方向打設(shè),孔徑42 mm,開孔高度1.5 m,深8 m,間距2.5 m,如圖2 所示。工藝流程:敲幫問頂→逼幫→準備打眼設(shè)備、工具→打眼→清理現(xiàn)場。若某一探眼見巖則停止施工,可根據(jù)眼深確定陷落柱邊界距該處煤墻的距離,下一循環(huán)超前探中,該處不必進行探眼施工。通過陷落柱邊界超前探測施工工藝,已探明推進方向8 m 范圍內(nèi)的陷落柱邊界位置,為生產(chǎn)組織提供準確的預(yù)測數(shù)據(jù)。
圖2 陷落柱邊界超前探測示意圖(m)
隨工作面回采推進,預(yù)計陷落柱最先在正規(guī)94#~117#架處揭露。在工作面94#架至117#架段進行預(yù)注漿(晉安加固Ⅰ號)加固,并經(jīng)現(xiàn)場揭露校正陷落柱邊界,提前8 m 對陷落柱邊界的煤巖分界處進行注漿。
1)注漿孔布置。使用ZQS-50/118S 風動煤鉆,孔深8 m,孔徑42 mm;下排孔距底板1.5 m,垂直煤墻或巷幫打設(shè);上排孔距底板2.5 m,仰角30°(1 m 抬高0.5 m)打設(shè);注漿孔水平間距3 m,三花布置,循環(huán)步距4 m。
2)注漿泵。長× 寬× 高為1000 mm×600 mm×1000 mm,整機質(zhì)量120 kg,動力源為高壓風動,進氣壓力0.4~0.6 MPa,注漿壓力0~12 MPa。
3)注漿材料。采用潞安民爆的晉安加固I 號注漿材料(雙組分A 料、B 料)。材料及漿液無毒、無味,不會被點燃,漿液凝膠時間可根據(jù)現(xiàn)場工程與水文地質(zhì)情況進行調(diào)整,固結(jié)體有膨脹性。注漿過程中反應(yīng)溫度低于40 ℃,凝膠時間<30 min。
4)工藝流程。首先按照設(shè)計的鉆孔位置、參數(shù)和規(guī)定的施工順序進行鉆孔并檢測鉆孔質(zhì)量,然后安裝注漿管及封孔部件。在確保管路通暢、設(shè)備正常的情況下,準備漿液,開泵注漿,完成注漿工作。最后清洗注漿設(shè)備、管路附件系統(tǒng)。
5)施工工序。開啟氣源開關(guān)試運行注漿泵→開啟攪拌機觀察攪拌機是否運轉(zhuǎn)正常→連接孔口混合器和注漿管→根據(jù)現(xiàn)場配置的吸漿設(shè)備容器,配料工將等量的A、B 料分別加入各自的吸漿桶內(nèi),并時刻關(guān)注其余量,及時加料→開泵注漿→待注漿壓力達到12 MPa 或煤墻出現(xiàn)流漿的現(xiàn)象時,關(guān)閉氣源開關(guān)、注漿泵結(jié)束單孔注漿→按同樣的程序?qū)κS嗫走M行注漿→注漿完畢后,拆除孔口混合器和注漿管→在攪拌機中加入清水,開啟注漿泵進行洗泵,至注漿管流出清水時繼續(xù)清洗5 min 之后,方可停止。
根據(jù)過陷落柱期間的各工序的先后順序,充分考慮各工序間的影響范圍,優(yōu)化工序銜接,制定詳細的施工工序:工作面陷落柱邊界超前探測→工作面探測到陷落柱段煤巖分界處預(yù)注漿加固→陷落柱深孔預(yù)裂→采煤機配合放炮破巖的方式推進→工作面陷落柱煤巖分界點超前探測→下一個循環(huán)。
采用“三八”工作制,0 點班和4 點班生產(chǎn),8點班檢修。根據(jù)陷落柱揭露范圍及時調(diào)整生產(chǎn)組織,以工作面30 m 揭露范圍為界限。
1)當揭露范圍≤30 m 時,該階段陷落柱揭露區(qū)域需打眼放炮,機組截割破巖推進速度慢,同時檢修、放炮作業(yè)交叉作業(yè),為保證設(shè)備檢修時間,每日4 點班開機時間延遲至18:30,次日0 點班停機時間10:00,生產(chǎn)班之間實行不停機交接班。圓班按兩刀煤組織:8 點班檢修、打眼放炮,4 點班和0 點班生產(chǎn),4 點班生產(chǎn)任務(wù)0.5 刀,0 點班生產(chǎn)任務(wù)1.5 刀,要求每日0 點班交班機組停在150#架往機尾范圍。
2)當30 m <揭露范圍≤45 m 時,該階段,陷落柱范圍增大,放炮后機組截割通過巖石區(qū)域時間增加,打眼放炮時間增加,結(jié)合各工序用時調(diào)整生產(chǎn)組織。按照3 個圓班4 刀煤組織生產(chǎn):第一天8 點班放炮后,4 點班向機頭方向割煤(通過陷落柱1 次),交班機組停在30#架往機頭;0 點班機頭錯兩個刀,交班機組停在陷落柱機尾側(cè)(過陷落柱1 次);第二天8 點班放炮后,4 點班機組向機尾割煤,機尾錯2 個刀,交班機組停在陷落柱機尾側(cè)(未過陷落柱);0 點班機組向機頭割煤(過陷落柱1 次),機頭錯2 個刀,交班機組位置機頭雙刀;第三天不放炮,8 點班和4 點班前半個班檢修,接班機組位置機頭雙刀,機組向機尾割煤(過陷落柱1 次),機尾錯2 個刀,交班機組停在陷落柱機尾側(cè)(機組由機頭向機尾割煤通過陷落柱,為防止大塊巖石不斷通過機組機身對采煤機和輸送機造成損傷,機組空刀行進至陷落柱機尾側(cè),由機尾側(cè)截割至機頭側(cè),最后空刀返至機尾側(cè)),由4 點班后半個班和0 點班共同完成。生產(chǎn)組織情況如圖3。
圖3 W3305 工作面過陷落柱期間(30 m <揭露范圍≤45 m)生產(chǎn)組織示意圖
3)當揭露范圍>45 m 時,該階段陷落柱全巖區(qū)域需要打設(shè)炮眼數(shù)量超過80 個,需分多次進行爆破,時長超過8 h,嚴重壓縮檢修時間和4 點班生產(chǎn)時間,且機組截割通過破巖區(qū)域用時過長。根據(jù)各工序現(xiàn)場實際實施情況,調(diào)整生產(chǎn)組織,圓班按1 刀煤組織生產(chǎn),陷落柱區(qū)域推進進尺不得小于800 mm,每日8 點班打眼放炮,4 點班檢修,0 點班割煤通過陷落柱,生產(chǎn)班交班機組停在150#架至機尾范圍。
W3305 工作面過Xw44 陷落柱期間,保證每日檢修時間不小于8 h,充分利用檢修時間,進行關(guān)鍵設(shè)備重點檢修,保證過陷落柱期間設(shè)備運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。
1)刮板輸送機檢修。在工作面打眼前進行刮板輸送機的檢修工作,檢查輸送機的鏈條、刮板和接鏈環(huán)是否損壞,鏈條應(yīng)無斷裂、扭曲、嚴重咬傷及變形;檢查刮板情況,運轉(zhuǎn)中刮板不能傾斜,刮板彎曲變形不得超過5 mm,數(shù)量不得超過3%,缺少數(shù)不得超過總數(shù)的2%,并且不得連續(xù)出現(xiàn);檢查中部槽間隙是否太大,中部槽是否下墜,啞鈴連接銷、限位銷是否折斷,保證連接平滑、緊密牢固、上下左右錯差不超過30 mm;檢查電機減速器對輪處梅花墊是否變形破裂;檢查減速器是否漏油、滲油,緊固螺栓是否齊全完好。
2)轉(zhuǎn)載機、破碎機檢修。在工作面打眼前進行轉(zhuǎn)載機、破碎機的檢修工作,檢查鏈條是否能順利通過鏈輪,撥鏈器、小蓋板是否齊全完好,不得有卡住現(xiàn)象;檢查破碎機錘頭有無缺失損壞;檢查破碎機傳動帶有無破損痕跡;檢查刮板有無彎曲變形現(xiàn)象,并及時緊固刮板絲。
3)采煤機檢修。打眼工序開始后進行采煤機檢修,針對采煤機截割破巖的情況,及時更換、補充損壞和缺少的截齒,檢查滾筒齒座是否完整,有無開焊,連接銷、漲緊銷齊全牢固;檢查各部螺栓,特別是行走部、機身對口絲易松動的部位螺栓是否緊固、齊全;緊固各部對口連接螺絲及各部與底托架連接螺栓,處理滑動靴緊固螺栓;檢查和清洗過濾器,保持正常的過濾效果和潤滑效果;檢查采煤機啟動、報警、閉鎖、通信系統(tǒng)、監(jiān)測控制系統(tǒng)是否工作正常。
4)液壓支架檢修。放炮前和放炮后進行液壓支架檢修,觀察支架有無自動下降現(xiàn)象,及時更換相應(yīng)損壞的部件;檢查支架系統(tǒng)是否有漏液,不得出現(xiàn)漏液、竄液現(xiàn)象;檢查支架立柱、千斤頂有無損傷和變形,保證合格,千斤頂動作正常;檢查支架各部位連接情況,無脫銷和斷銷情況。
5)膠帶輸送機檢修。工作面設(shè)備開空后進行膠帶輸送機的檢修作業(yè),檢查皮帶卡口磨損情況,對于磨損嚴重、卡口開口大時必須重新打設(shè)卡口;檢查儲帶倉直托輥、緩沖托輥、機尾裝載段直托輥轉(zhuǎn)動磨損情況,發(fā)現(xiàn)損壞及時更換;檢查驅(qū)動裝置、機尾段、張緊絞車及各滾筒的安裝,定位螺栓是否齊全,不得有松動現(xiàn)象;檢查清帶器與膠帶的接觸情況,清帶器固定是否緊固適度;檢查皮帶制動裝置是否動作可靠。
W3305 工作面過Xw44 陷落柱期間通過優(yōu)化技術(shù)方案,陷落柱區(qū)域煤跡線呈現(xiàn)連續(xù)狀態(tài),采高范圍無全巖區(qū)域,歷時86 d 順利通過該陷落柱,取得了顯著成效:
1)采用陷落柱邊界超前探測工藝后,動態(tài)掌握了陷落柱邊界的變化趨勢,為生產(chǎn)組織實時調(diào)整提供了數(shù)據(jù)支撐。
2)采用預(yù)注漿工藝,保證采煤機截割破巖期間的頂板煤墻穩(wěn)定,提高了正規(guī)循環(huán)率。
3)變化管理正規(guī)化組織,結(jié)合陷落柱揭露范圍的變化情況,確定合理的生產(chǎn)任務(wù),調(diào)整各工序的銜接配合,保證了生產(chǎn)組織正規(guī)有序的循環(huán)進行。
4)合理利用檢修時間,針對過陷落柱期間采煤機、刮板輸送機等設(shè)備的易損部位進行重點檢修,設(shè)備完好率得到了有力保障。