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智能化综采放顶煤掘进巷道复合支护技术研究

2019-10-21梁振敏

科学与财富 2019年23期

摘 要:近年来厚煤层综采放顶煤技术得到长足发展,并已取得显著的技术经济效益。但在此项技术推广应用过程中,两巷支护改革是摆在眼前的最大问题。为解决两巷支护难题,我矿通过支护改革实践,形成了一套适用于智能化综放工作面开采的支護形式。工作面机巷采用三心拱U型棚配合锚索梁、锁腿梁支护,风巷采用半圆拱U型棚配合沿空侧喷浆、注浆支护,最大限度保证支护效果并降低支护成本。

关键词:松软厚煤层;支护工艺改革;智能化综采放顶煤;复合支护

0 前言

近年来,随着煤矿采煤工艺由机械化逐渐向自动化、智能化开采发展,先进设备、先进工艺丛出不穷。但传统上两巷采用半圆拱U型钢棚被动支护,存在两巷超前管理工作量大、占用人员多、支护强度低、两巷维护工作量大、受工作面动压影响巷道变形量大,造成两巷超前支架、端头支架发挥不了应有作用等一系列问题,这些都是与安全高产高效回采相悖的。朱仙庄煤矿以8105工作面被选为集团公司第一个智能化综放工作面试点面为契机,并在集团公司的大力支持下,我矿针对两巷用途及设备使用要求,通过支护改革实践,形成了综采放顶煤掘进巷道复合支护技术。

1 概况

1.1 矿井概况

朱仙庄煤矿位于安徽省宿州市东13公里处,隶属淮北矿业股份有限公司,走向长9公里,倾斜宽1.5~5.8公里,井田面积21.55平方公里。

1.2 工程概况

8105工作面位于矿井北部十采区四区段。8105工作面开采煤层为二叠系下石盒子组8煤层,8层煤为稳定的特厚煤层。宏观煤岩类型以半亮半暗型为主,以块状、鳞片状为主,煤层松软,普氏硬度平均f:0.45,煤层倾向80°~138°、倾角5°~15°。

2 支护及施工工艺改革

2.1 原巷道支护形式及施工工艺

矿井8煤普氏硬度平均f:0.45,较松软、易偏易掉,无法采用锚网索主动支护,传统上8煤巷道支护采用29U半圆拱U型钢棚被动支护,机巷、风巷断面规格为腰宽×净高=4671×3500mm(如图1)。

该种支护方式为半圆拱U型钢棚被动支护,巷道跟底掘进施工期间,综掘机截割易出现片帮掉顶现象,采用人工挖掘严重制约综掘单进。同时该支护在工作面回采动压影响下,巷道变形量大、支护破坏严重,需要占用大量人力、物力、时间在两巷进行维护,存在安全风险大、影响推进速度、防火压力大、支护成本高、制约安全高产高效回采等一系列问题。

2.2 支护及施工工艺改革

为满足8105工作面智能化综放工作面回采需要,同时提高采掘效率,经过前期实践及支护效果,决定8105机巷采用4800×3500mm“三心拱U型棚+顶部锚索梁+帮部锁腿梁”复合支护(如图2),风巷采用4645×3500mm“半圆拱U型钢棚+沿空侧喷浆、注浆”复合支护,两巷支架均采用36U型钢加工。

2.2.1 支护方案

⑴永久支护参数:8105机巷采用36U“三心拱”U型棚支护,断面规格为4800×3500mm;8105风巷采用36U半圆拱U型棚支护,断面规格为4645×3500mm。

⑵顶部锚索补强支护参数:8105机巷顶部施工2道锚索梁补强加固,锚索采用YMS17.8/6.3-1860型,锚索间距1000mm,锚索预紧力不小于120KN。

⑶帮部补强支护参数:8105机巷两帮各施工2道锁腿;8105风巷两帮各施工3道锁腿,锁腿梁采用29U型钢加工;8105风巷沿空侧在喷浆前施工注浆锚杆,沿空侧喷浆厚度≮100mm,砼强度C20。

2.2.2 施工工艺

由于8煤松软、顶板极易片漏,传统上综掘机无法用于截割上部,只能靠人工挖掘,工人劳动强度大、效率低,只有解决煤顶片漏,才能综掘设备高效充分发挥出来。在施工实践中发现,使用超前注浆加固,封孔难度大、浆液扩散半径小、注浆时间长、材料浪费严重,并且无法达到固结煤体作用。但在掘进迎头超前施工密集骨架管可有效超前控制顶板煤层,杜绝了掉顶、片帮,也让综掘机可以正常进行全断面截割作业,降低了工人劳动强度,提高了掘进效率。

超前密集骨架管迎头棚梁下施工,间隔300mm布置,骨架管采用6′钢管加工,长度2600mm,施工一次骨架管,可有效控制2个正规循环(单循环进尺1000mm)距离顶部煤体。

8105风巷沿空侧小煤柱注浆,平均每孔注浆1.0袋水泥,注浆压力达到1Mpa。留设的4m煤柱在8104工作面的采动影响下,裂隙较为发育,注浆质量较好,基本可以达到充填裂隙,对煤体起到固化作用。在8105风巷施工临时避难硐室前,对临时避难硐室进行提前注浆,通过施工开挖发现,浆液扩散半径基本在600-700mm左右,尤其在喷浆层与煤体交接部位胶结更为明显,可以有效充填裂隙,达到固化煤体作用,另一方面对沿空防火起到很大作用。

3 效果分析

3.1 支护效果分析

3.1.1 支护方案对比

⑴8103工作面与8105工作面位于同一采区,地质特点一致,采用4600×3500mm半圆拱U型棚被动支护,U型钢规格为29U,巷道压力显现明显,U型棚变形严重,严重影响回采使用,需要每天安排专人对两巷进行维护。通过对巷道变形量监测发现巷高度平均收缩量为565mm,巷道高度收缩率16.1%,为巷道宽度平均收缩量为539mm,巷道高度收缩率11.7%,且巷道随时间推移持续缩小,后期严重影响工作面回采。

⑵8105工作面采用“36U型钢架锚”复合主动支护,设计断面为4800×3500mm,巷道开挖后U型棚变形量较小,基本杜绝U型棚变形的情况发生。通过对巷道变形量监测发现:巷高度平均收缩量为175mm,巷道高度收缩率5%,为巷道宽度平均收缩量为115mm,巷道高度收缩率2.4%,且巷道基本在开挖30天左右趋于稳定。

⑶效果对比

复合主动支护相较于架棚被动支护有明显优势,巷道抗压强度显著增强,巷道变形量显著减小,且巷道趋于稳定的时间较短,更有利于后期工作回采。

4 结论

⑴朱仙庄煤矿综放工作面煤顶下支护改革取得重大突破。采用“架锚”复合支护解决了多年来煤顶下巷道支护强度低,巷道变形量大的难题,实现了变煤顶下巷道被动支护为主动支护,支护强度显著增强,显著提高了巷道支护的安全性。

⑵超前骨架实现了超前固化前方煤体,提高了综掘机的利用率,大大降低了职工劳动强度,提高了掘进机械化单进。

⑶复合支护技术,支护强度得到了保证,我们可以根据两巷用途不同,将机巷变成“三心拱”断面支护,更加适应超前支架高效使用,为下一步工作面采用智能化回采工艺提供了空间保障,进而保证工作面安全高产高效,减轻了防火压力。

⑷巷道变形量较小,工作面回采期间两巷维护工作量较小。既减少了两巷维护的用工量,又减少了两巷维护二次支护材料的投入,实现了机械化、职能化减人,降低了成本。

参考文献:

[1]煤矿巷道支护中湿喷技术的应用[J]. 孙伟. 内蒙古煤炭经济. 2016(23)

[2]浅谈煤矿巷道支护类型的选择[J]. 武晓维. 山东工业技术. 2017(08)

作者简介:

梁振敏(1990.07--),男,汉族,安徽淮北人,本科,助理工程师,主要从事煤矿技术管理工作。