官地煤礦大傾角仰采工作面頂板控制技術

喬旭東

(西山煤電集團有限責任公司 官地煤礦,太原 030022)

1　33417工作面概況

33417綜采工作面位于北四采區東南部,東北側為33419工作面采空區,西南側為未采區,上部為22419工作面采空區、刀柱式采空區及中北運輸巷,其中工作面34#架、52#架上部為2#煤空巷,走向與工作面推進方向水平。2#與3#煤層間距約4.81 m。工作面煤層厚度為3.52 m,偽頂為炭質泥巖,厚0.53 m,直接頂為中粒砂巖,厚3.08 m,直接底為泥巖及砂質泥巖,厚3.69 m,工作面走向長度為1 010 m,工作面切眼長度為202 m,每個循環推進度為0.8 m,共安設137個支架,支架型號為ZY6000/24/50支撐掩護式液壓支架。

2　33417工作面仰采頂板問題原因及分析

工作面回采平面圖見圖1。根據圖1可以看出,受向斜構造影響,目前33417綜采工作面屬于大傾角仰采[1-2],由于采機割煤后跟架不及時,工作面在2017年7月6日于58#架-68#架段發生頂板垮冒事故,20#架-80#架段頂板失穩,經分析，工作面頂板出現困難的原因主要有:

1)工作面地質構造條件發生變化,一方面18#架-25#架受過無炭柱(Z4-42)影響,該段頂板破碎;另一方面25#架-85#架呈向斜構造,沿工作面走向方向最大仰采角達16°～18°,沿工作面傾向方向最大傾角達8°～10°,導致該段煤層普氏系數較低,煤幫頂板難以自穩。

圖1　33417工作面回采平面圖Fig.1　No.33417 working face mining plan

2)受向斜影響,支架運輸機無法及時跟頂開采,24#架-51#架上部頂板為3#煤層,受超前支撐壓力及重力作用,該段頂板極易發生局部冒漏垮落,同時推進速度慢,往往在下一個循環割煤時,煤幫又被壓酥,頂板控制形成惡性循環。

3)由于工作面傾向方向最大傾角達16°,18#架-45#架、60#架-80#架發生倒架顯現,支架普遍接頂不嚴不實,造成初撐力不夠,無法保證主動支護,支架圍巖相互作用效果差。

4)工作面前期過空巷后未及時調整運輸機上提幅度也是造成工作面困難的原因之一。

3　破碎頂板控制技術

針對工作面破碎頂板,33417工作面采取了一系列主動控制技術。

3.1　采用人工炮采頂峒方式通過

頂板破碎段采用人工炮采頂峒方式通過,人工頂峒支護示意圖見圖2,并配合加強菱形網進行鋪網構假頂,具體措施如下。

1)在滾幫煤大、煤質軟的地段,采用洋鎬配合風鎬掏柱窩進行替柱或維護加打挑梁棚支護。在煤幫相對較硬的地段,采取頂峒子炮采方式作業,要求運輸機擋煤板至煤幫單體里側凈寬不小于4.5 m。

2)穿梁,頂峒段支架上兩根鐵梁支護頂板,所上插梁必須隨工作面上山往上挑,每個循環抬高運輸機200 mm～300 mm,梁一端插入支架前梁不小于0.4 m,另一端頂死煤幫。梁上必須用板梁、圓木勾實。梁下視現場情況加打一梁三柱或一梁兩柱,采機通過時回取第一根單體,所有單體必須打在硬煤上并穿鐵靴,為防止采機通過時發生煤壁滾幫現象,單體必須保證足夠的迎山角并將煤幫盤死,必要時可采用玻璃鋼錨桿配合W鋼帶對所加單體進行保護。

圖2　人工頂峒支護示意圖Fig.2　Supporting diagram of artificial roof chambers

3)鋪網,首先將加強菱形網長邊沿工作面走向布置,將網短邊插入梁下或卷在煤幫,并用8#鐵絲將金屬網與梁上板梁捆綁好,然后依次在該架梁前400 mm處打2根戴帽點柱將網撐起,然后開始降階抽梁,直至完成第一個循環鋪網作業,第二個循環連網方式采用單網相連,網長短邊搭接均為200 mm,搭接處用雙股14#鐵絲相聯,間距為100 mm,要求用專用聯網鉤、聯網鐵絲,每扣旋轉擰結不少于3圈,依次類推,在鋪網完成后必須使用板梁將鐵梁與網接實,完成構假頂。

4)頂板破碎段使用單體輔助拉架,具體操作為:拉架時頂梁少降或不降,利用支架抬高千斤頂將支架底座抬高,利于遠距離送液操作單體將支架帶壓拉出,確保拉架過程中支架上鐵梁不發生較大位移,而導致煤幫單體發生滑落失效。加強支架檢修力度,提高支架初撐力,樹立頂板控制“初撐力第一”理念。

3.2　采取注加固膠進行維護

局部頂幫破碎段采取注加固膠進行維護,注膠眼布置示意圖見圖3,注膠參數如下。

1)注膠孔位置。選擇頂板破碎及滾幫較大段,在煤壁沿煤層走向布置注膠鉆孔,確保膠體能夠滲入頂板及2#煤體起到粘合作用。

2)注膠孔參數。在距支架片幫下1 m打眼,保證眼深4 m,封孔距離為1 m,每隔1.5 m打1個孔,角度向上不超過20°;超高段打三花眼,上眼角度向上不超過20°,下眼沿水平打設,兩排眼距不超過1.5 m。前2個循環每個循環注膠1次,之后每2個循環注膠1次,每個眼注膠量為20桶。

3)注膠配比。把吸料管分別插入樹脂和催化劑桶中,按照1:1的比例進行注膠,注膠過程中隨時觀察煤壁及頂板情況,發現有漏膠現象時及時停泵,待膠體凝固后再繼續注膠。

圖3　注膠眼布置示意圖Fig.3　Layout of injection holes

3.3　優化工作面回采工藝

1)由于工作面13#架-26#架剛過完無炭柱構造,無炭柱邊緣處頂板破碎,因此采機上機頭后吃刀位置要根據頂板情況適當調整,一種方法是將吃刀位置放置40#架后頂開峒子處；另一種方法在機頭段吃刀,將吃刀位置控制在20#架內,然后利用液壓支架頂溜裝置配合采機滾筒進行強行吃刀,以此控制頂板破碎段支架能夠全部及時拉出,縮短空頂時間,確保頂板不發生漏頂。

2)控制好運輸機的竄動,由于大幅度提運輸機,運輸機勢必向兩端頭竄動,為保證兩端頭出口符合要求,可采用機頭多進或機尾多進進行調刀,或采用單向頂運輸機進行控制。

4　結束語

1)對于地質構造出現變化的工作面要加強地質預測預報工作,提前掌握工作面煤層要素,采取相關措施進行超前防護。

2)要樹立液壓支架“初撐力第一”的理念,嚴防倒架,特別是在坡度較大的地段,要使用液壓支柱配合進行主動擺架。

3)通過采用人工頂峒配合鋪設加強菱形網構假頂作業方式,33417綜采工作面可以保證每天按照1刀煤進行生產組織,為條件類似工作面頂板管理提供借鑒。

4)通過對煤壁合理注膠加固,封閉裂隙,提高了酥軟煤幫的普氏系數,控制滾幫寬度,減小了空頂懸臂長度,對控制頂板起到了有力作用。