袁紅平,何文帥,賀 煜,劉 浩

(陜西瑞能煤業(yè)有限責(zé)任公司,陜西 延安 727307)

0 引言

隨著煤炭資源的不斷開發(fā),剩余煤炭開采條件愈發(fā)復(fù)雜[1-3]。一方面,綜采工作面的布置受地質(zhì)構(gòu)造、水體、瓦斯等災(zāi)害因素影響難以實(shí)現(xiàn)整裝開采;另一方面,為充分回收煤炭資源,綜采工作面的布置趨于多樣化、復(fù)雜化[4-6]。綜采工作面智能化發(fā)展已邁入新階段,基于透明地質(zhì)開采技術(shù)不斷成熟,但在工作面延伸、通過老巷等特殊地段開采時智能開采仍須人工干預(yù),否則綜采工作面難以實(shí)現(xiàn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)[7-9]。因此,從設(shè)計源頭降低綜采工作面開采難度,是影響綜采工作面設(shè)計的重要影響因素,亦是制約智能化綜采工作面正常推進(jìn)的主要因素[10-12]。為此,重點(diǎn)對綜采工作面通過延長段增加設(shè)備及通過貫穿工作面的巷道現(xiàn)場安全管理進(jìn)行分析、實(shí)踐,以降低綜采工作面回采期間的管理難度。

1 工程概況

1.1 工作面布置

203綜采工作面位于二盤區(qū)南部201綜采工作面北側(cè),北翼輔助運(yùn)輸大巷270～420 m西側(cè),呈東西向布置,煤層埋深170～253 m。該工作面地處中低山林區(qū),植被繁茂,對應(yīng)地表無建筑物、河流分布;2 150 m處對應(yīng)地表有一條通村公路由南向北從地表通過。礦井絕對瓦斯涌出量為2.85 m3/min,相對瓦斯涌出量為1.72 m3/t,綜采工作面最大瓦斯涌出量0.99 m3/min,無煤與瓦斯突出危險。經(jīng)中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司鑒定,煤層火焰長度>370 mm,巖粉添加量60%～90%;2號煤層煤塵爆炸指數(shù)為37.82%,煤塵有爆炸危險性;煤層自燃發(fā)火期為49 d,煤層自然傾向等級為Ⅱ類,屬自燃煤層。該工作面不受低溫、沖擊地壓影響。

該工作面北側(cè)東段0～1 200 m為205備采工作面,北側(cè)西段1 200～4 115 m為一號煤礦301工作面采空區(qū)且距采空區(qū)最小距離為30 m,工作面布置如圖1所示。南側(cè)東段0～2 270 m為201工作面采空區(qū)且距采空區(qū)最小距離為30 m,南側(cè)西段2 270～4 115 m為一號煤礦300工作面采空區(qū)且距采空區(qū)最小距離為67 m。東側(cè)為北翼輔助運(yùn)輸大巷,工作面中部2 660 m處為203中部措施巷,中部措施巷長度73 m,高度2.8 m、4 m,頂部采用“錨桿+鋼筋網(wǎng)+錨索梁”進(jìn)行支護(hù),幫部采用玻璃錨桿進(jìn)行支護(hù)。

圖1 203綜采工作面布置Fig.1 Layout of 203 fully mechanized mining face

1.2 煤層概況

203綜采工作面可采煤層為2號煤層,煤層賦存近水平,煤厚相對穩(wěn)定,煤層傾角2°～5°,平均3°。煤層厚度在1.4～2.2 m,平均煤厚1.8 m,全區(qū)穩(wěn)定可采,具褐色及褐黑色條痕,瀝青及玻璃光澤,斷口為階梯狀、參差狀,呈條帶狀、線理狀結(jié)構(gòu),具層狀,塊狀構(gòu)造。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 203綜采工作面煤層頂?shù)装迩闆rTable 1 Conditions of coal seam roof and floor for 203 fully mechanized mining face

2 通過中部措施巷關(guān)鍵技術(shù)

2.1 整體通過

整體通過,即調(diào)整機(jī)頭機(jī)尾距離中部措施巷15m前,將機(jī)頭機(jī)尾距中部措施巷距離調(diào)整一致,工作面與中部措施巷平行揭露。揭露后,堅(jiān)持正規(guī)循環(huán)作業(yè)直至工作面刮板與中部措施巷機(jī)尾安裝刮板位置平齊。此時,停止采煤,進(jìn)行設(shè)備拆除、安裝工作,工作面設(shè)備調(diào)試、運(yùn)轉(zhuǎn)正常后,繼續(xù)推進(jìn)工作面,直至通過中部措施巷。

2.2 調(diào)斜通過

2.2.1 機(jī)頭超前通過中部措施巷

調(diào)整機(jī)頭機(jī)尾相對位置,使機(jī)頭超前機(jī)尾10 m。由于角度過大會導(dǎo)致機(jī)尾刮板與煤壁形成三角區(qū),造成刮板無法安裝,而此時工作面的角度為8°,因此不宜再增加角度。當(dāng)機(jī)尾刮板推采至與中部措施巷待安裝刮板(位置)平行時,工作面35臺支架(其中13臺支架頂梁一半已進(jìn)入煤墻)在中部措施巷,工作面機(jī)頭至29#支架已通過中部措施巷。此時,停止回采,開始安裝支架、刮板輸送機(jī)、機(jī)尾超前液壓支架,安裝結(jié)束、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常后,繼續(xù)通過中部措施巷,如圖2所示。

圖2 調(diào)斜(機(jī)頭超前)通過中部措施巷過程示意Fig.2 Process diagram of incline-regulated(head advancing) through central measure roadway

2.2.2 機(jī)尾超前通過中部措施巷

調(diào)整機(jī)頭機(jī)尾相對位置,使機(jī)尾超前機(jī)頭10 m。機(jī)尾刮板推采至與中部措施巷待安裝刮板平行時,工作面機(jī)尾第64#至42#支架共23臺支架與中部措施巷揭露。此時停止采煤,進(jìn)行設(shè)備拆除、安裝工作,工作面設(shè)備調(diào)試、運(yùn)轉(zhuǎn)正常后,繼續(xù)推進(jìn)工作面,直至通過中部措施巷,如圖3所示。

圖3 調(diào)斜(機(jī)尾超前)通過中部措施巷過程示意Fig.3 Process diagram of incline-regulated(head advancing) through central measure roadway

2.3 通過中部措施巷方式優(yōu)劣分析

2.3.1 整體通過

優(yōu)點(diǎn)是通過中部措施巷速度較快;工作面始終處于平行于中部措施,設(shè)備安裝方便。缺點(diǎn)是每循環(huán)回撤巷中支護(hù)的單體較多;工作面揭露中部措施巷后,巷道內(nèi)整體處于采動壓力上升區(qū),礦山壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈,如遇周期來壓可能造成支架上部頂板垮落,造成支架壓死,工作面難以推進(jìn)。

2.3.2 機(jī)頭優(yōu)先通過

優(yōu)點(diǎn)是不用調(diào)整機(jī)頭機(jī)尾相對位置,工作面支架逐步揭露中部措施巷,勞動強(qiáng)度相對整體通過方式較低;機(jī)尾支架與中部措施巷揭露后,機(jī)頭部分支架已進(jìn)入實(shí)體煤,即使中部措施巷頂板冒落,工作面能正常推進(jìn)。缺點(diǎn)是機(jī)尾安裝設(shè)備時工作面部分支架處于中部措施巷內(nèi),由于支架支撐最大高度為2.4 m,頂梁上部須加背板皮,受采動影響可能造成支架壓死,工作面難以推進(jìn)。

2.3.3 機(jī)尾優(yōu)先通過

優(yōu)點(diǎn)是揭露在中部措施巷的支架數(shù)較機(jī)頭通過較少。缺點(diǎn)是需要調(diào)整機(jī)頭機(jī)尾的相對位置,現(xiàn)工作面機(jī)尾相對機(jī)頭較高,調(diào)整刮板機(jī)頭機(jī)尾難度較大,調(diào)整過程中可能造成機(jī)頭安全出口不暢通;機(jī)尾優(yōu)先通過時,機(jī)尾段刮板調(diào)整空間受限,刮板存在難以安裝的可能。

經(jīng)綜合分析,采取調(diào)斜通過、機(jī)頭優(yōu)先通過中部措施巷。

3 其他關(guān)鍵技術(shù)

3.1 調(diào)斜回采關(guān)鍵技術(shù)

綜采工作面調(diào)斜必須調(diào)整采煤機(jī)割煤方式,采用正規(guī)循環(huán)作業(yè)時,在推移刮板輸送機(jī)時會造成綜采工作面刮板輸送機(jī)形成三角區(qū),擠壓中部槽,最終會導(dǎo)致刮板輸送機(jī)無法正常推移,影響工程進(jìn)度。因此,綜采工作面在調(diào)斜期間,必須調(diào)整采煤機(jī)割煤方式。綜采工作面推采至中部措施巷20 m處開始調(diào)斜工作面。機(jī)頭割透三角煤并向機(jī)尾割煤至30#支架后,返回機(jī)頭,再次割透下一循環(huán)三角煤并割煤至機(jī)尾,再次返回機(jī)頭,割透下一循環(huán)三角煤并吃通刀,依次類推直至工作面機(jī)頭超前機(jī)尾10 m,完成工作面調(diào)斜。若綜采工作面距離較長,調(diào)整每循環(huán)往返的次數(shù),每循環(huán)距離適當(dāng)加大,以現(xiàn)場不影響刮板輸送機(jī)推移為宜?；夭善陂g必須沿煤層底板進(jìn)行回采,以便與中部措施巷順利推進(jìn),嚴(yán)禁工作面與中部措施巷形成臺階,導(dǎo)致工作面無法推進(jìn)。

3.2 中部措施巷支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

為防止采動影響造成中部措施巷及延伸交叉點(diǎn)頂板冒落,須提前對巷道進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。對中部措施巷的中部與203回風(fēng)順槽交叉點(diǎn)補(bǔ)打恒阻錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),錨索采用φ21.8 mm×10 300 mm,鎖具為φ21.8 mm防腐讓壓鎖具,間距1.6 m,每根錨索采用3節(jié)MSZ2360樹脂藥卷進(jìn)行端頭錨固,錨索布置在巷道中部,間距1.6 m;對中部措施巷進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),支護(hù)采用11#礦工鋼(3 600 mm)配合DW-2.8液壓單體支柱,“一梁三柱”,單體間距1.2 m,排距1.2 m,高度不足之處加背板皮。

3.3 綜采工作面設(shè)計思考

203綜采工作面位于3DF4斷層(落差1～3 m)北部,其中203回風(fēng)順槽沿斷層邊緣布置,為盡可能回收煤炭資源,對工作面寬度進(jìn)行了2次調(diào)整,其中1 700 m處工作面開始調(diào)整為100 m,2 700 m處將工作面調(diào)整為70 m,為保證掘進(jìn)及回采期間工作面風(fēng)量滿足采掘作業(yè)要求在該處設(shè)計一條中部措施巷。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)該設(shè)計共存在4處缺陷。一是回采期間工作面增加設(shè)備與通過中部措施巷一并進(jìn)行,為回采作業(yè)帶來了極大的安全作業(yè)風(fēng)險;二是由于綜采工作面機(jī)尾電機(jī)減速器現(xiàn)大多為縱置式,在機(jī)尾順槽巷道內(nèi)延伸一定距離,中部措施巷設(shè)計時未設(shè)計電機(jī)減速器位置,通過中部措施巷時須提前拆除刮板輸送機(jī)機(jī)尾電機(jī)減速器;三是由于機(jī)尾超前支護(hù)采用超前液壓支架,通過該中部措施巷前須提前拆除超前液壓支架;四是二次增加設(shè)備仍須提前拆除刮板輸送機(jī)機(jī)尾電機(jī)減速器。因此,對于類似工程設(shè)計,必須將設(shè)計的中部措施巷與二次延伸段位置錯開一個周期來壓步距,設(shè)計時須根據(jù)增加設(shè)備的一側(cè)回采設(shè)備所需空間進(jìn)行充分考慮。

4 結(jié)論

(1)綜采工作面涉及二次或多次延伸時,必須從現(xiàn)場回采實(shí)際出發(fā),對回采及增加設(shè)備所需的空間進(jìn)行充分考慮,以便減少工作面增加設(shè)備時的工作量;且為解決通風(fēng)問題須設(shè)計貫穿中部運(yùn)輸、回風(fēng)巷之間的聯(lián)絡(luò)巷時,杜絕與二次延伸段設(shè)計在同一位置。

(2)綜采工作面延長增加設(shè)備及通過老巷時必須對特殊地段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),以防采動、周期來壓影響導(dǎo)致巷道冒落或綜采支架通過老巷時出現(xiàn)支架壓死等現(xiàn)象。

(3)綜采工作面通過中部措施巷及延伸段時,必須對作業(yè)順序、作業(yè)難度、工程量、勞動組織等進(jìn)行全面安排,避免交叉作業(yè)導(dǎo)致工作混亂。