復(fù)雜條件下綜放工作面仰采工藝技術(shù)探索

樊殿鑫

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)三元古韓荊寶煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046200）

古韓荊寶煤業(yè)二采區(qū)工作面仰采過(guò)程中，易發(fā)生頂板冒漏和煤壁片幫事故［1-4］，嚴(yán)重影響工作面生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行并可能造成人員傷亡。針對(duì)這一問(wèn)題采取相關(guān)技術(shù)和管理措施來(lái)降低頂板和煤壁破壞程度，從而達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

1 礦井概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)古韓荊寶煤業(yè)為兼并重組整合礦井，生產(chǎn)能力為1.20 Mt/a，現(xiàn)主要開(kāi)采3#煤層。其中二采區(qū)3#煤層位于井田西部，開(kāi)采標(biāo)高為+850 m，采區(qū)總體為多邊形，煤層平均傾角為5°。3#煤層直接頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，平均厚2.83 m，基本頂一般為中厚層的細(xì)粒砂巖，局部凹凸不平，頂板較完整。工作面直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度為1.82 m，基本頂為細(xì)粒砂巖，厚度為8.66 m，工作面直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度為3.78 m，工作面基本底為砂質(zhì)泥巖，厚度為4.61 m。3#煤層地質(zhì)綜合柱狀圖見(jiàn)圖1。

圖1 3#煤層地質(zhì)綜合柱狀圖

二采區(qū)3#煤層水文地質(zhì)類型劃分為中等。礦井屬高瓦斯礦井，煤塵有爆炸危險(xiǎn)性。3#煤自燃傾向性等級(jí)Ⅲ類，自燃傾向性屬不易自燃煤層。

2 30207 綜采工作面概況

二采區(qū)為“L”形，分別為一段和二段回采。其中二段為傾斜回采，而一段采用先仰采后緩水平開(kāi)采。目前二段已回采結(jié)束，正在進(jìn)行一段回采。

30207 綜采工作面位于山西組中下部二采區(qū)3#煤層，煤層走向180°～185°，傾向270°～275°，傾角0°～4°，煤層平均厚度為5.62 m，煤層厚度穩(wěn)定，煤層分兩個(gè)自然分層，含一層夾矸，為較簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層。30207 運(yùn)輸順槽一段長(zhǎng)度為798 m，回風(fēng)順槽一段長(zhǎng)度為763 m，可采長(zhǎng)度為412 m，開(kāi)切眼長(zhǎng)度為84 m，工作面可采面積為4.5×104m2，可采儲(chǔ)量為0.034 Mt。工作面回采期間存在一次增加支架作業(yè)，工作面長(zhǎng)度分別為84 m和127 m，推進(jìn)距離分別為171 m和241 m。工作面前196 m回采距離為仰采，平均坡度12°，最小坡度11°，最大坡度14°。工作面自身存在傾斜坡度4°，運(yùn)輸順槽比回風(fēng)順槽底板標(biāo)高低0.6 m。而且工作面中部存在5 條舊巷（2 條垂直舊巷、2 條平行舊巷、1 條斜交舊巷），已全部充填充實(shí)。30207 工作面平面、剖面見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 30207 工作面平面

圖3 30207 工作面剖面

3 工作面設(shè)備布置情況

30207 工作面采用MG250/600-WD型采煤機(jī)落煤 （采高2.8 m），工作面選用SGB764/200 型前、后刮板輸送機(jī)；運(yùn)輸巷選用SZZ764/200 型轉(zhuǎn)載機(jī)、DSJ100/80/2×110 帶式輸送機(jī)運(yùn)煤。下端頭采用2 組ZFG5600/17/35 型過(guò)渡支架，工作面支護(hù)采用56 組ZF5200/17/35 綜放支架。

4 工作面仰采冒落、片幫原因

30207 切眼掘進(jìn)期間受煤層地質(zhì)條件影響，巷道多處超高，有30 組支架安裝后不接頂，且工作面初采面臨仰采，在傾角和地質(zhì)因素的影響下，對(duì)煤體的作用力向采空區(qū)方向產(chǎn)生分力，在此分力作用下，頂板的巖層（煤層）將向采空區(qū)移動(dòng)，使頂板巖層（煤層）受拉力作用，煤體容易出現(xiàn)裂隙和加劇破碎，并有將支架推向采空區(qū)趨勢(shì)，尤其是支架頂梁端頭處，采煤機(jī)割煤拉架，伸縮梁完全伸出后，因支架仰采水平護(hù)頂面積減小，支架頂梁端頭無(wú)法有效支護(hù)。梁端頭接觸不到煤壁，松散的煤體極易脫落。另外，工作面支架后方直接頂未及時(shí)垮落，割煤、移架后，支架上方煤層全部落至采空區(qū)，導(dǎo)致支架不接頂，移架推溜時(shí)，發(fā)生后退現(xiàn)象，支架梁端頭接觸不到煤壁，梁端距超過(guò)規(guī)定，導(dǎo)致工作面支架前方煤壁發(fā)生片幫，頂板發(fā)生冒落。

工作面底板為泥巖，由于多數(shù)支架接頂不嚴(yán)實(shí)，支架、前后溜等設(shè)備推移困難且有下滑現(xiàn)象，導(dǎo)致工作面推進(jìn)進(jìn)度緩慢，工作面懸頂面積大，壓力傳遞導(dǎo)致工作面前方破碎煤體范圍增加。

5 工作面冒漏控制技術(shù)

5.1 工作面加固技術(shù)

工作面仰采初采期間，頂板及煤壁存在不同程度的漏冒和片幫現(xiàn)象。工作面初采5 m后，所有支架均不接頂，整個(gè)工作面均存在不同程度片幫，局部出現(xiàn)頂板漏矸石現(xiàn)象，見(jiàn)圖4。針對(duì)該情況，通過(guò)采用“美固德加固304”化學(xué)加固材料對(duì)工作面煤壁進(jìn)行加固。加固煤壁共打設(shè)11 個(gè)注漿孔，平均每5 組支架1 個(gè)注漿孔，注漿孔高度距工作面底板1.6 m，注漿孔仰角30°，注漿孔深度6 m，保證孔底到達(dá)支架前梁上方。固結(jié)強(qiáng)度可達(dá)到70 MPa以上，粘結(jié)強(qiáng)度可達(dá)到3.5 MPa以上，保證破碎煤體能粘結(jié)成一體。

圖4 工作面局部支架上方頂板漏冒形態(tài)

5.2 工作面管理措施

針對(duì)工作面仰采初采階段存在的頂板漏冒、煤壁片幫、支架推移困難等情況，采取以下措施加強(qiáng)安全管理。

（1）為防止仰采期間工作面煤壁片幫滾落碳?jí)K造成人員受傷，工作面安裝時(shí)在支架前柱前方安裝防護(hù)網(wǎng)。防護(hù)網(wǎng)由方鋼和美格網(wǎng)制作，規(guī)格為900 mm×1 400 mm，安裝時(shí)，底邊距底座底部高度為500 mm，防護(hù)網(wǎng)緊貼前柱，利用立柱卡箍和Φ16 mm×100 mm螺絲將防護(hù)網(wǎng)固定在支架立柱上，安裝完成后，要求防護(hù)高度不低于1.4 m，每組支架安裝一片防護(hù)網(wǎng)，見(jiàn)圖5。

圖5 支架防護(hù)裝置

（2）回采前，提前在支架前梁下方安裝能收放防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)為高強(qiáng)度柔性網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)規(guī)格為10 m×1.5 m。安裝時(shí)，將防護(hù)網(wǎng)通過(guò)固定裝置固定于支架前梁下方，在每組支架頂梁下方兩側(cè)安裝2 個(gè)0.5T滑輪，在每組支架后立柱安裝2 個(gè)絞盤，利用1 分鋼絲繩穿過(guò)折疊防護(hù)網(wǎng)，一頭固定于折疊防護(hù)網(wǎng)最底邊，另一頭穿過(guò)滑輪和絞盤進(jìn)行固定，通過(guò)絞盤實(shí)現(xiàn)收放。清煤工清煤時(shí)，必須將防護(hù)網(wǎng)放下，利用防護(hù)網(wǎng)上攜帶掛鉤，固定在前溜機(jī)道線槽上，清煤結(jié)束后全部撤離至安全地點(diǎn)后，將防護(hù)網(wǎng)收起。

（3）回采前，考慮采煤機(jī)檢修時(shí)人員安全，需要提前對(duì)工作面機(jī)尾10 組支架護(hù)幫板進(jìn)行加長(zhǎng)改造。采煤機(jī)檢修時(shí)，必須將采煤機(jī)停放在機(jī)尾頂幫安全可靠地點(diǎn)，將機(jī)尾加長(zhǎng)10 組支架護(hù)幫板伸出貼緊煤壁（采煤機(jī)長(zhǎng)度為15 m），同時(shí)將其它所有支架護(hù)幫板伸出貼緊煤幫，采取護(hù)幫措施；將工作面前溜停電閉鎖，嚴(yán)格執(zhí)行好“敲幫問(wèn)頂”制度后，確認(rèn)頂幫無(wú)誤后方可檢修采煤機(jī)。檢修采煤機(jī)時(shí)，嚴(yán)禁人員操作停放采煤機(jī)附近支架。檢修前溜時(shí)，杜絕人員在工作面檢修。

（4）仰采初采期間工作面頂板局部漏冒嚴(yán)重，造成支架接頂不實(shí)時(shí)，采用支架上方鋪設(shè)金屬網(wǎng)的方式做好留頂工作。鋪設(shè)金屬網(wǎng)時(shí)，在每組支架后立柱安裝1 個(gè)絞盤，利用1 分鋼絲繩將金屬網(wǎng)起始邊拴住，通過(guò)絞盤拉緊撐緊鋼絲繩，固定好金屬網(wǎng)，然后循序漸進(jìn)向前鋪設(shè)金屬網(wǎng)。

6 治理效果

通過(guò)提升管理措施和注漿加固技術(shù)治理后，支架已完全鉆進(jìn)煤墻，支架接頂嚴(yán)實(shí)，初撐力符合要求，工作煤壁完好，支架移到位后，護(hù)幫板伸出能貼緊煤壁。工作面治理后現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖6。

圖6 工作面治理后回采現(xiàn)場(chǎng)情況

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)30207 工作面仰采初采階段存在的頂板漏冒、煤壁片幫、支架推移困難等情況，經(jīng)認(rèn)真分析原因，通過(guò)采用“美固德加固304”化學(xué)加固材料對(duì)工作面煤壁進(jìn)行加固和采取措施加強(qiáng)安全管理，確保了工作面安全、順利地進(jìn)行仰采，效果很好。