31108綜放工作面過空巷技術

武江江

(汾西礦業高陽煤礦,山西 孝義 032306)

空巷是由于開采設計變更、無序開采或布置探巷時遺留的廢棄巷道,依據空巷與采面推進方向空間位置關系,空巷可具體分為走向、傾向及斜交空巷[1]。采面回采范圍內的空巷在采動壓力影響下容易出現圍巖變形量大、圍巖失穩等問題,給采面煤炭安全回采帶來較大制約[2-3]。特別是開采厚煤層時,采面超前支承壓力影響范圍大、應力集中程度明顯,更容易引起導致空巷圍巖失穩,為此,眾多的學者及技術人員對采面回采過空巷技術展開研究,并提出采用錨網索補強、工字鋼(單體支柱)支護、圍巖注漿、高水墩柱、高水材料充填等方式加固空巷,給空巷圍巖足夠的支護作用力,避免空巷在采面前方或者與揭露期間出現圍巖垮落、失穩等問題[4-9]。確保回采期間空巷圍巖穩定是實現采面安全回采過空巷的關鍵所在。本文以某礦31108綜放工作面過空巷為工程背景,針對采面一次開采厚度大、礦壓顯現明顯等容易導致空巷嚴重變形甚至垮落等問題,提出采用高水充填方式全斷面充填空巷,以便給空巷圍巖足夠的支持作用力,現場應用后為采面安全過空巷創造了良好條件。

1 工程概況

31108綜放工作面回采范圍內底板標高在+540～+660 m,對應地表標高為+885～+950 m,工作面蓋山厚度平均為317 m.該工作面南鄰31106工作面(未掘),西部為三采區大巷保護煤柱,北為31110工作面(未掘),東部臨近賢者向斜軸部。31108綜放工作面分為2個塊段,其中I塊段工作面斜長140 m、推進長度292 m,II塊段工作面斜長198 m、推進長度719 m,采面回采的太原組9-10-11號煤層厚度7.5～8.5 m ,均值為8.04 m,煤層結構復雜 ,煤巖層傾角平均為8°.9-10-11號煤層頂底板巖性以泥巖、石灰巖、砂巖為主,具體巖性參數如表1所示。礦井為低瓦斯礦井,31108工作面瓦斯絕對涌出量為0.79 m3/min.9-10-11號煤層具有自燃發火傾向,等級為Ⅱ級,發火期為4～6個月,煤塵具有爆炸性。

表1 煤層頂底板巖性

31108綜放工作面回采范圍內地質構造比較復雜,采面開采范圍內發育有斷層、陷落柱等地質構造,給煤炭正常回采帶來一定影響。工作面采用全部垮落法管理頂板,回采期間使用的主要設備包括有采煤機MGTY300/700-WD、破碎機PCM-200、前部刮板輸送機SGZ-764/630、后部刮板輸送機SGZ-800/800、中間支架ZF6800/17/32、端頭支架ZFG6800/17.5/32.5H.31108綜放工作面II段開采范圍內存在有廢棄的空巷(探巷),具體分布位置如圖1所示。由于31108綜放工作面一次開采高度大、采動壓力影響范圍大,因此在采面過空巷時面臨的主要問題為:空巷圍巖變形嚴重、原有支護體系失效甚至導致頂板垮落等問題,空巷內瓦斯積聚,空巷與圍巖裂隙發育導致煤體自燃。因此,應結合31108綜放工作面現場實際情況,針對性制定采面過空巷技術方案,以便確保采面安全、快速過空巷。

圖1 采面與廢棄空巷位置關系

2 采面過空巷技術

2.1 空巷通風

1) 在采面與空巷間距300 m之前,即組織人員在進風流中安裝局部通風機,并開啟空巷密閉,對空巷進行通風。

2) 嚴格按照要求確保空巷通風量效果,強化空巷內瓦斯體積分數檢測,確保空巷內通風風流穩定,瓦斯體積分數降至0.5%以內。

3) 揭露空巷后暫停推進,待采面通風系統恢復穩定后方可繼續推進。

2.2 空巷充填支護

由于31108綜放工作面一次開采高度大、礦壓顯現明顯,空巷在動壓作用下容易出現大變形甚至圍巖失穩等問題。為此,提出采用充填方式支護空巷圍巖。待空巷內瓦斯體積分數降至安全范圍、通風穩定后,采用高水充填材料支護空巷頂板及巷幫,確保采面過空巷期間圍巖穩定。

依據31108綜放工作面煤層賦存情況、現場地質條件、超前支承壓力分布及圍巖支護強度等情況,空巷充填時使用水灰比為7∶1的高水充填材料,材料初凝時間為30 min、充填3 d后抗壓強度即可達到1.2 MPa以上,可滿足空巷圍巖支護需要。在空巷內按照10～20 m布置一道止漿墻,具體布置情況如圖2所示,在注漿外側布置厚度10～15 mm厚木板并使用單體或者木支柱支承,在木板內布置風筒布,以便減少高水充填材料外溢量。

圖2 空巷充填示意

在空巷內注入高水充填材料時,應先將充填在攪拌桶內均勻混合,使用雙液注漿泵將高水充填材料泵送至空巷內。具體高水充填材料注入工藝如圖3所示。為提高高水充填材料密實度并避免管路堵塞等影響后續空巷充填,在充填段,布置2～3個PVC充填管,其中一路作為注漿管使用,其余充填管作為排氣管使用。

圖3 空巷充填工藝

2.3 過空巷期間管理措施

在31108綜放工作面過空巷之前,檢修采煤機、液壓支架、刮板輸送機、供液系統等,更換易損件并確保各設備處于完好狀態,避免過空巷期間機電設備出現故障影響推進速度;由于高水充填材料可給空巷圍巖較大的支護作用力,為減少煤炭損失,在31108綜放工作面過空巷期間仍正常進行放煤。采面與空巷間距縮小至15 m時,對采面進行調斜,具體加快采面回風巷一側回采速度、減緩進風巷側回采速度,從而使得采面與空巷有5°以上夾角,同時使得采面先揭露空巷最里側,具體采面調斜情況如圖4所示。

圖4 采面調斜示意

采面調斜后具有下述優勢:

1) 采面調斜后可,采面可逐段揭露空巷,采煤機截割一刀后采面推進0.55 m,采煤機截割8刀即可通過空巷,采面一次揭露空巷面積小 ,降低采動壓力對空巷影響程度。

2) 采面調斜角度為5°,調斜角度較小,調斜期間不會出現采面過長同時液壓支架、刮板輸送機等設備不會出現竄向機尾或機頭等情況,避免采煤機組無法割透回采巷道側煤壁或者采面出現空頂問題。

3) 調斜后,從最里面側揭露空巷,在全負壓通風作用高水材料與空巷空隙內有新鮮風流,可避免局部瓦斯富集。

3 現場應用效果分析

在31108綜放工作面過空巷期間,通過監測空巷內、空巷旁液壓支架工作阻力變化情況,掌握空巷充填效果,具體過空巷前(第1階段:采面距空巷13.0～0 m)、過空巷期間(第2階段:采面距空巷期間0～4.4 m)以及過空巷后(第3階段:采面過空巷后4.4～11.0 m)液壓支架工作阻力變化情況如圖5所示。從圖中可以看出,在過空巷之前,在采動壓力影響下空巷圍巖變形開始增大、空巷圍巖與高水充填材料間空隙被壓實,空巷影響范圍內液壓支架工作阻力出現一定程度波動,主要是受空巷圍巖變形影響;采面過空巷期間以及過空巷后,由于空巷圍巖被高水充填材料支承,空巷影響范圍內液壓支架工作阻力始終在較小范圍內波動。同時在31108綜放工作面過空巷期間,采面頂板、煤壁始終保持穩定,未有冒頂、片幫等異常礦壓顯現情況,表明現場使用的以高水充填材料加固空巷為核心的技術措施可確保采面安全、平穩回采。

圖5 采面過空巷前后液壓支架工作阻力變化情況

4 結 語

31108綜放工作面回采范圍內存在有廢棄的空巷,若采用傳統的錨網索、注漿或者敦式支柱加固空巷,并通過留頂煤方式過空巷,雖然可確保過空巷安全,但是也會導致采空區遺煤量大、煤炭資源損失量多以及經濟效益差等問題。為此,結合31108綜放工作面現場情況,提出使用高水充填材料加固空巷圍巖,并通過采面調斜減少一次揭露空巷范圍。

在31108綜放工作面空巷內,按照10～20 m間距布置止漿墻并注入高水充填材料,通過全段充填提高空巷圍巖抗變形能力,避免采面回采期間出現空巷圍巖垮落問題;過空巷期間采面調斜5°.在過空巷期間保持正常放頂煤回采,期間采面礦壓顯現未出現異常,采面頂板及煤壁始終保持穩定,表明31108綜放工作面采用的過空巷技術措施效果顯著,可確保采面安全回采。