综采工作面快速过高应力空巷支护技术

赵 龙

(霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿山西 031412)

随着煤炭资源的开采利用,许多矿井可开采储量日渐减少,为有效提高煤炭资源的开采利用效率,避免煤炭资源丢失浪费,尽可能延长工作面长度,使得综采工作面的地质条件、系统布置日益复杂,这就要求我们在综采过程中不断革新开采技术,保证工作面的顺利推进。辛置矿南区开采的2#煤工作面,2-109A 和2-109B 工作面平行布置,为缩短掘进周期,有效利用巷道,两个工作面共用了副巷前半段,2-109B 工作面副巷的一段贯穿2-109A 工作面,在2-109A 工作面回采过程中需通过这条遗留空巷(2-109B工作面副巷的一段)。遗留空巷为矩形巷道,巷道长度52 m,巷道宽4.2 m,高度3.8 m,工作面处于高应力分布区,巷道密闭时间长,造成巷道压力显现,顶板离层下沉破碎,同时工作面在推进过程中,受采动压力传递影响,更加剧了巷道支护难度,同时空巷底板标高低于煤层底板标高2 m,为保证工作面安全顺利通过空巷,本文对采煤工艺和安全施工做了调整和准备,实现了高应力条件下快速安全通过老旧空巷。

1 概况

所回采的2-109A 工作面煤层稳定可采,结构复杂,平均厚度4.1 m,含两层夹矸,其中第二层夹矸层位较稳定,厚度稍大,为低硫肥煤。工作面位于辛置煤矿南区310水平采区,北面距离2-105采空区70 m(已回采),南面距离2-111采空区160 m(已回采),东面紧邻310水平采区轨道巷。工作面采用一次采全高走向长壁后退式综合机械化采煤法,采空区采用全部垮落法处理,走向长度975 m,切巷长度52 m,采煤机采用型号为MG650/1630-WD,支架采用型号为ZY9000/24/45,循环进度0.8 m,空巷距停采线525 m。所过空巷为矩形巷道,长度52 m,副巷揭露处超前正巷5 米,巷道宽度4 m,高度3.8 m,原有支护为锚杆、锚索联合支护方式,顶板和巷帮锚杆间排距为0.8 m×0.8 m,顶板锚索每排两根,排距1.6 m。工作面处于高应力分布区,遗留空巷密闭时间长,巷道内压力显现,导致变型,顶板离层存在网包,局部网破漏矸,存在锚杆失效,锚索断裂的现象,巷道回缩较大,观察巷道顶底板移近量为1.5 m～2.3 m,巷帮移近量为1 m～1.5 m。

图1 2-109A工作面巷道布置示意图

2 过空巷前准备措施

2.1 过空巷前准备工程

(1)空巷两端及中部安设三道调节风门,调整空巷通风。

(2)在空巷顶板未受采动压力传递影响前,使用道木在空巷支设木垛,在顶板离层破碎处补打点锚索等方法提前进行支护,保证空巷顶板支护有效,防止空巷顶板在受到采动影响下进一步出现顶板离层下沉破坏。

(3)在工作面推进过程中,根据空巷与煤层走向间的角度,提前调斜工作面,调整工作面回采机尾超前回采机头5 m,使回采机尾与2-109A 回风巷呈钝角,确保工作面推进过程中逐步揭露空巷,减小空巷一次性揭露面积,控制揭露空巷长度不超过3 m/刀,缓和顶板压力显现。

(4)在工作面揭露空巷前,加强对工作面液压系统、采煤机、回采溜子等核心设备的检修工作,保证设备完好,确保在工作面揭露空巷期间设备不会带病运转,加快工作面推进速度,在空巷顶板压力未完全显现释放前顺利通过空巷。

(5)由于空巷底板标高低于煤层底板标高,在工作面推进过程中,提前对工作面留顶煤破底,逐步降低工作面底板标高,保证工作面揭露空巷时,工作面底板与空巷底板相随,底座接空巷底板平顺拉移。

(6)为了使工作面在揭露空巷时,支架前梁接空巷顶板严实,现场严格控制工作面采高不超过3.5 m,支架拉移时采取超前拉架,追机作业的方式,支架端面距超过规定范围的,视顶板空顶情况,在空巷内可增加单体柱支护,支架拉移时提前撤回单体柱。

2.2 空巷支护形式

2.2.1 空巷锚索加固

(1)空巷巷道掘进时,顶板平均托煤2 m,回采期间,提前打开闭墙后,发现原有支护失效较多,需加强支护,顶板中间打两排点锚索,锚索排距1.5 m,间距0.8 m,并对破网进行连补。[1]

(2)空巷巷帮煤层底板以下岩面加固,采用锚索组和梁加固,顺着巷道补打锚索,排距0.8 m。

2.2.2 搭木垛施工工艺及施工方法

(1)施工工艺

安全检查—定位清渣—搭木垛—打楔子。

(2)施工方法

①安全检查并对巷道网包处补打锚索。

②确定垛位,清理垛位的浮渣；木垛紧贴巷帮交错布置,每隔5 m搭设一木垛。呈井字型搭设,在基本支护的下方顺巷码放底层,然后再垂直于巷道方向在底层上码放第二层,按此顺序一层一层的码到接紧顶板为止。[2]

③施工至1.5 m 以上时,将地板摊平,使用道木在下方并排放至4～5 根,随高度增加搭起供人员操作的木垛,要求每根道木紧靠,不留缝隙,并将边缘的道木使用扒钉扒紧。

④在靠顶板的二或三层间各角打好加紧楔子。

⑤施工完毕后,由副队长验收木垛支设情况,确认合格后方可进行下一循环。

(3)空巷搭木垛支护形式

工作面过空巷前,提前对空巷进行支护。搭设木垛所用方木为长×宽×高=1 500 mm×200 mm×(150 mm～180 mm)长方木,呈井字型搭设；每隔5 m交错布置。空巷木垛支护见图2。

图2 空巷搭木垛支护

3 过空巷期间采煤工艺

3.1 采煤工艺

移架—割煤—推溜—清煤。

3.2 采煤方法

(1)过空巷前5个循环,提前调斜工作面,使副巷揭露处超前正巷5 m,同时调整回采溜子直线度与平整度达标,严禁出现弯曲现象。

(2)工作面揭露空巷期间,揭露处相对应的支架采用超前拉架方式进行可靠支护,及时支护暴露顶板,拉架后及时打开护帮板,确保割一架,拉一架。[3]

(3)割煤期间,及时停机处理滚筒上缠绕的锚杆和锚索,防止损坏设备,影响割煤效率。

(4)推溜前将板梁、道轨及原煤顺巷道依次充填在空巷巷帮煤层底板以下,压实后再推溜。

(5)过空巷期间,每个割煤循环前回撤一处道木垛,防止割煤期间道木垛突然倒塌。

4 总结

通过对工作面遗留空巷提前支护,提高支护强度,保证了空巷顶板稳定,防止了空巷在受采动影响下发生顶板事故；本工作面推进空巷历时7个圆班,采用快速推进的方法,缓和了顶板变化,减小了顶板下沉量,在空巷顶板压力未完全显现前,顺利通过了空巷；推进过程中通过留顶煤破底的方式,解决空巷底板标高低于煤层标高的难题,确保了综采工作面正常推进,增加工作面的原煤储量2万吨,实现经济效益超过1 600万元。