官地煤矿大倾角仰采工作面顶板控制技术

乔旭东

(西山煤电集团有限责任公司 官地煤矿,太原 030022)

1　33417工作面概况

33417综采工作面位于北四采区东南部,东北侧为33419工作面采空区,西南侧为未采区,上部为22419工作面采空区、刀柱式采空区及中北运输巷,其中工作面34#架、52#架上部为2#煤空巷,走向与工作面推进方向水平。2#与3#煤层间距约4.81 m。工作面煤层厚度为3.52 m,伪顶为炭质泥岩,厚0.53 m,直接顶为中粒砂岩,厚3.08 m,直接底为泥岩及砂质泥岩,厚3.69 m,工作面走向长度为1 010 m,工作面切眼长度为202 m,每个循环推进度为0.8 m,共安设137个支架,支架型号为ZY6000/24/50支撑掩护式液压支架。

2　33417工作面仰采顶板问题原因及分析

工作面回采平面图见图1。根据图1可以看出,受向斜构造影响,目前33417综采工作面属于大倾角仰采[1-2],由于采机割煤后跟架不及时,工作面在2017年7月6日于58#架-68#架段发生顶板垮冒事故,20#架-80#架段顶板失稳,经分析，工作面顶板出现困难的原因主要有:

1)工作面地质构造条件发生变化,一方面18#架-25#架受过无炭柱(Z4-42)影响,该段顶板破碎;另一方面25#架-85#架呈向斜构造,沿工作面走向方向最大仰采角达16°～18°,沿工作面倾向方向最大倾角达8°～10°,导致该段煤层普氏系数较低,煤帮顶板难以自稳。

图1　33417工作面回采平面图Fig.1　No.33417 working face mining plan

2)受向斜影响,支架运输机无法及时跟顶开采,24#架-51#架上部顶板为3#煤层,受超前支撑压力及重力作用,该段顶板极易发生局部冒漏垮落,同时推进速度慢,往往在下一个循环割煤时,煤帮又被压酥,顶板控制形成恶性循环。

3)由于工作面倾向方向最大倾角达16°,18#架-45#架、60#架-80#架发生倒架显现,支架普遍接顶不严不实,造成初撑力不够,无法保证主动支护,支架围岩相互作用效果差。

4)工作面前期过空巷后未及时调整运输机上提幅度也是造成工作面困难的原因之一。

3　破碎顶板控制技术

针对工作面破碎顶板,33417工作面采取了一系列主动控制技术。

3.1　采用人工炮采顶峒方式通过

顶板破碎段采用人工炮采顶峒方式通过,人工顶峒支护示意图见图2,并配合加强菱形网进行铺网构假顶,具体措施如下。

1)在滚帮煤大、煤质软的地段,采用洋镐配合风镐掏柱窝进行替柱或维护加打挑梁棚支护。在煤帮相对较硬的地段,采取顶峒子炮采方式作业,要求运输机挡煤板至煤帮单体里侧净宽不小于4.5 m。

2)穿梁,顶峒段支架上两根铁梁支护顶板,所上插梁必须随工作面上山往上挑,每个循环抬高运输机200 mm～300 mm,梁一端插入支架前梁不小于0.4 m,另一端顶死煤帮。梁上必须用板梁、圆木勾实。梁下视现场情况加打一梁三柱或一梁两柱,采机通过时回取第一根单体,所有单体必须打在硬煤上并穿铁靴,为防止采机通过时发生煤壁滚帮现象,单体必须保证足够的迎山角并将煤帮盘死,必要时可采用玻璃钢锚杆配合W钢带对所加单体进行保护。

图2　人工顶峒支护示意图Fig.2　Supporting diagram of artificial roof chambers

3)铺网,首先将加强菱形网长边沿工作面走向布置,将网短边插入梁下或卷在煤帮,并用8#铁丝将金属网与梁上板梁捆绑好,然后依次在该架梁前400 mm处打2根戴帽点柱将网撑起,然后开始降阶抽梁,直至完成第一个循环铺网作业,第二个循环连网方式采用单网相连,网长短边搭接均为200 mm,搭接处用双股14#铁丝相联,间距为100 mm,要求用专用联网钩、联网铁丝,每扣旋转拧结不少于3圈,依次类推,在铺网完成后必须使用板梁将铁梁与网接实,完成构假顶。

4)顶板破碎段使用单体辅助拉架,具体操作为:拉架时顶梁少降或不降,利用支架抬高千斤顶将支架底座抬高,利于远距离送液操作单体将支架带压拉出,确保拉架过程中支架上铁梁不发生较大位移,而导致煤帮单体发生滑落失效。加强支架检修力度,提高支架初撑力,树立顶板控制“初撑力第一”理念。

3.2　采取注加固胶进行维护

局部顶帮破碎段采取注加固胶进行维护,注胶眼布置示意图见图3,注胶参数如下。

1)注胶孔位置。选择顶板破碎及滚帮较大段,在煤壁沿煤层走向布置注胶钻孔,确保胶体能够渗入顶板及2#煤体起到粘合作用。

2)注胶孔参数。在距支架片帮下1 m打眼,保证眼深4 m,封孔距离为1 m,每隔1.5 m打1个孔,角度向上不超过20°;超高段打三花眼,上眼角度向上不超过20°,下眼沿水平打设,两排眼距不超过1.5 m。前2个循环每个循环注胶1次,之后每2个循环注胶1次,每个眼注胶量为20桶。

3)注胶配比。把吸料管分别插入树脂和催化剂桶中,按照1:1的比例进行注胶,注胶过程中随时观察煤壁及顶板情况,发现有漏胶现象时及时停泵,待胶体凝固后再继续注胶。

图3　注胶眼布置示意图Fig.3　Layout of injection holes

3.3　优化工作面回采工艺

1)由于工作面13#架-26#架刚过完无炭柱构造,无炭柱边缘处顶板破碎,因此采机上机头后吃刀位置要根据顶板情况适当调整,一种方法是将吃刀位置放置40#架后顶开峒子处；另一种方法在机头段吃刀,将吃刀位置控制在20#架内,然后利用液压支架顶溜装置配合采机滚筒进行强行吃刀,以此控制顶板破碎段支架能够全部及时拉出,缩短空顶时间,确保顶板不发生漏顶。

2)控制好运输机的窜动,由于大幅度提运输机,运输机势必向两端头窜动,为保证两端头出口符合要求,可采用机头多进或机尾多进进行调刀,或采用单向顶运输机进行控制。

4　结束语

1)对于地质构造出现变化的工作面要加强地质预测预报工作,提前掌握工作面煤层要素,采取相关措施进行超前防护。

2)要树立液压支架“初撑力第一”的理念,严防倒架,特别是在坡度较大的地段,要使用液压支柱配合进行主动摆架。

3)通过采用人工顶峒配合铺设加强菱形网构假顶作业方式,33417综采工作面可以保证每天按照1刀煤进行生产组织,为条件类似工作面顶板管理提供借鉴。

4)通过对煤壁合理注胶加固,封闭裂隙,提高了酥软煤帮的普氏系数,控制滚帮宽度,减小了空顶悬臂长度,对控制顶板起到了有力作用。