应用罗克休充填技术治理采煤工作面顶板局部冒落

王晓明

(中煤能源集团有限公司,北京市朝阳区,100120)

应用罗克休充填技术治理采煤工作面顶板局部冒落

王晓明

(中煤能源集团有限公司,北京市朝阳区,100120)

应用罗克休材料充填采煤工作面冒顶区,提高冒顶区围岩的稳定,并防止冒落区的进一步扩大和有害气体的积聚。介绍了充填方案的设计、施工及应用效果。

回采工作面 工作面冒落 局部冒落 充填技术 罗克休泡沫 马丽散

马脊梁矿14#煤层8309综采工作面推进到330 m时,第19#～31#液压支架前的机道上方发生顶板冒落,目测冒落高度3～6 m,宽度2～3 m,沿工作面长度20 m范围内。首先选用常规方法处理冒顶,采取木垛、木柱、金属网等支护材料在冒顶区加强支护,但在液压支架前移时支护失效,顶板跨落范围增大,工作面刮板输送机被煤矸压实,无法启动。针对这一情况,修改治理冒顶方案,决定采取罗克休充填冒落区域,马丽散、锚索支护加固周边破碎顶板,通过实践取得较好效果。

1 工作面情况及冒顶原因

1.1 回采工作面基本情况

开采煤层为14#煤层,冒落区域位于14#和12#煤层合并层,煤层厚度4.4～4.8m,倾角2～4°,条带状,性脆易碎,两层煤之间有0.05～0.2 m的夹矸。顶板为灰白色细砂岩,厚度7～11 m,层理发育,层理面有黑色炭质薄膜,性脆。8309综采工作面长度为141 m,可采长度1244 m,工作面沿底板开采,采高为2.6～3.1 m。工作面北东为8307工作面采空区,北西为矿界,南东为盘区大巷煤柱,南西为8311工作面,上覆为11#采空区,层间距为13.7～21.45 m。

1.2 冒顶原因

(1)煤岩结构影响。冒顶区域煤层为合并层,层理发育、破碎。

(2)矿山压力影响。当工作面推进距上覆11#煤层采空区水平距离约20 m时,开始来压反应,煤岩顶板在矿山压力作用下垮落,引起老顶失稳,从而出现大面积顶板冒落。

(3)回采工艺影响。回采工作面沿底板留顶煤开采,采高为2.6～3.1 m,低于煤层厚度,上部为煤顶,垮落后造成支架不接顶;煤机截割过程中,移架不及时,造成端面距加大,引发煤顶塌落。

2 充填方案

2.1 罗克休和马丽散的性能

罗克休泡沫是由两种成分树脂和催化剂组成的注射产品,用于密闭空气和瓦斯、充填空隙孔洞以及加固煤岩地层,具有良好的机械抗压性,膨胀率高,膨胀后体积为原来的20～30倍,泡沫反应迅速,3～5 min膨胀结束,并在20 min内硬化。罗克休通过混合枪,直接注入到需处理区域。

马丽散是一种低粘度,双组分合成高分子——聚亚胺胶脂材料,用于加固裂隙和不稳定煤岩层,具有高度粘合力和良好的抗压能力,当它被高压推挤,注入到煤岩层或混凝土裂缝,将煤岩层裂缝、裂隙(包括肉眼难以觉察的裂隙及在高压作用下重新张开的裂隙)充填粘合。

2.2 充填方案设计

根据冒顶区域煤层顶板地质条件和冒顶原因分析,冒顶区域及周边煤岩顶板较破碎、不稳定、易跨落,应采取充填冒落空洞、加固周边顶板,制造严实的人工假顶等综合技术措施,以利于液压支架有效接顶。按照方案设计思路,选用罗克休和马丽散。充填方案设计共3个步骤。

(1)采用罗克休充填顶板冒落空洞区,能够高速成形,具有高膨胀率,实现冒顶区快速充填,通过其浆液在裂隙中的扩散、膨胀,防止围岩进一步弱化、冒落。

(2)采用马丽散加固前方煤体、周边破碎顶板区域,快速固结破碎岩石或松散煤体,形成拱形加固带,提高煤岩体的整体强度。

(3)采用穿钢针、锚索支护加固围岩,通过锚索将破碎区域直接悬吊在较稳定的岩层中,在工作面煤壁钻孔穿钢针与罗克休共同起到组合假顶的作用。

2.3 充填方案的应用

2.3.1 罗克休充填

(1)罗克休充填。在冒落区域采用塌落的煤矸作为支撑,从两端向中部用木板、木杠以及尼仑布密封,形成一个基本的密封空间。采用罗克休中空填充技术,从冒落带两端向中部注射,1个工作日共注罗克休13 t,将冒落区域充填。

(2)制造人工假顶。使用罗克休泡沫充填冒顶区后,在16#～31#支架前工作面煤壁(距底板2.6 m处)水平布置30个孔,孔深5～7 m,孔径150 mm,孔间距0.6～0.8 m;依次向孔里穿钢针(11#工字钢),每根钢针长8～10 m(每节3～5 m长,两节用夹板连接为一根),外露2～3 m,之后,把长1.5 m左右,直径大于160 mm的木柱垂直钢针方向搭在钢针与罗克休泡沫充填体之间,并刹紧背牢,由罗克休泡沫充填体、木柱与钢针共同形成人造假顶。

(3)移支架。人工假顶形成后,清理冒落区煤矸,从31#支架开始向机头部逐步移架,直至支架前探梁进入人工假顶,见图1。

图1 罗克休充填工作面冒落区示意图

2.3.2 马丽散加固破碎顶板

采用马丽散加固技术在8309工作面运输巷(2309巷)和工作面7#、9#架前钻孔注射,见图2,孔深6～7 m,孔径42 mm,布置7个孔,共注射马丽散1.5 t。并在工作面1#～16#、32#支架前采用锚索吊钢梁支护顶板,锚索长5 m,钢梁托板采用11#工字钢,长为0.8 m,加强对周边破碎顶板的控制。

图2 工作面破碎顶板区域注马丽散钻孔布置图

2.4 通过冒顶区的回采工艺

冒顶区注射罗克休→清理机道冒落的煤矸→开启刮板输送机→采煤机从尾部进刀→支架及时前移到最小端面距→工作面头部进刀,依次循环。采取减小采煤机截深、及时带压擦顶移架的方法,即每刀截深减小为0.3～0.4 m,破碎顶板区域可采用紧跟采煤机及时擦顶移架或滞后1～2架的距离擦顶移架。工作面冒顶区域的开采由沿底留顶变为沿顶留底推进。

2.5 经济效果

采用罗克休充填治理工作面冒顶,施工强度小,操作方便、快速安全,治理时间较常规方法减少5～7个工作日,按回采工作面日产3500 t计,当月多产出煤炭2万t左右。

3 结论

(1)综采工作面治理冒顶的技术关键点在于制造人工假顶、加固破碎顶板。

(2)罗克休充填技术结合穿钢针棚顶能够形成承载力较强的人工假顶共同作用,并可有效防止冒落空洞有害气体积聚。

(3)马丽散可以及时改变围岩的松散结构,提高岩体的整体强度。

[1] 赵文华,王毅,吴国强等.罗克休泡沫处理大冒高巷道顶部事故[J].煤矿开采,2010(1)

[2] 付文刚,张宝泰,王直亚,吴振启.马丽散加固技术在破碎顶板工作面的应用[J].煤炭科技,2010(1)

Application of Rockxiu foam stowing technology to control local roof cavings in coal face

Wang Xiaoming

(China National Coal Group Corp,Chaoyang district,Beijing 100120,China)

The application of Rockxiu foam material in filling the roof cavity after caving occurs in the roof of coal faces.This can improve the stability of the surrounding rock of the face roof caving zones,prevent the expansion of roof caving zones in coal faces and prevent the accumulation of harmful gases in and around the face caving zones.In this paper,design of the stowing or filling plan is introduced as well as the application effects of this technology.

coal face,coal face roof caving,local roof cavings,stowing technology,Rockxiu foam,Malisan

TD823.7

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王晓明(1967-),男,就职于中国中煤能源集团公司安监局,高级工程师。

(责任编辑 张毅玲)