麻家梁矿工作面停采缩面安全施工方法

黄正功

(晋能控股煤业集团 浙能麻家梁煤业公司, 山西 朔州 036000)

煤炭开采过程中,当工作面回采遇到特殊地质条件时,为避免地质构造给工作面回采造成安全隐患,需要对工作面实施停采缩面。为保证工作面停采缩面的安全施工,多位学者对此展开了研究,李慧斐[1]针对不规则工作面在回采过程中缩面回采难度大、回采效率低等技术难题,提出了“补巷缩面回采工艺”方案,有效提高了工作面缩面回采效率,保证了缩面回采期间设备回撤安全;冯晓斌等[2]针对特厚煤层上分层采空区下进行缩面作业需面临的诸多特殊复杂条件,给出了缩面技术流程,并对缩面期间的矿压进行及时监测,提出缩面技术存在的问题和改进措施;彭建华等[3]针对综放工作面掘进期间为躲避落差较大的断层及保证资源回收,研究了综放工作面减撤支架过程中上端头支护技术,有效保证了工作面缩面期间的施工安全。综上所述,对于停采缩面施工的研究主要集中在缩面过程中矿压监测及减车支架过程中端头支护方面,对于工作面停采缩面中涉及的综合安全技术提及较少。麻家梁矿为有效回收煤炭资源,同时为停采缩面提供技术保障,对工作面支护、补巷施工、空巷治理方法及设备稳装方法等进行了研究,以保障工作面停采缩面的施工安全,实现工作面安全高效回采。

1 工程概况

麻家梁矿主采14104-1工作面,在工作面掘进过程中,遇到明显的断层破碎区,对工作面回采造成安全威胁。为避开断层地质构造的影响,计划在运输巷道遇断层处实施扩面,14104-1工作面布置情况见图1.

图1 14104-1工作面布置图

2 停采缩面施工工艺流程

该次工作面缩面本着系统简单、安全高效、投资少,资源回收率高的原则,采取施工补巷、回撤工作面设备的方式进行缩面,具体施工流程如下:

1) 铺网支护。工作面推进至采位965 m处(距扩面位置75 m)开始调整工作面,推进至采位975 m(距扩面位置65 m)处开始铺网支护,推进至采位1000 m(距扩面位置40 m),完成工作面尾部顶板及帮部支护。

2) 掘进补巷。在采区辅助运输大巷内安装2台FBD-NO8.02*55型的轴流式局部通风机,沿辅助运输顺槽铺设风筒为掘进补巷供风,采用综掘方式掘进14104-1辅助运输顺槽(补巷),在距离贯通位置剩余3 m时,停掘砌筑安装风门,完成调整通风系统准备工作,再采用人工风镐掘进的方式贯通。

3) 设备回撤。一期拆撤工作面125#—129#过渡支架及前、后部刮板输送机溜尾及变线槽,经由14104-1辅助运输顺槽运输至东辅助运输大巷暂存;二期拆除工作面72#—126#支架及前、后部刮板输送机中间槽,经14104-1辅助运输顺槽(补巷)运输出井。

4) 空巷治理。14104-1工作面辅助运输顺槽空巷充填治理。

5) 设备稳装。一期拆撤68#—70#支架、62#—71#支架前部刮板输送机中间槽及64#—71#支架后部刮板输送机中间槽,经14104-1辅助运输顺槽(补巷)运输出井;二期将127#—129#过渡支架及前、后部刮板输送机溜尾及变线槽稳装至68#—70#对应位置;三期将71#支架移近过渡架。

3 补巷施工方法

3.1 通风系统

在东辅助运输大巷稳装2台FBD-NO8.02*55型的轴流式局部通风机(一用一备),主备风机电源和负荷侧各安装1台风机开停传感器,沿14104-1辅助运输顺槽铺设1趟直径1000 mm阻燃胶质风筒,经过14104-1辅助运输顺槽风门位置自风门帮部掏槽通过,距工作面不超过40 m位置安装风筒传感器。工作面无风筒一侧安装1台甲烷传感器,传感器距工作面≤10 m,距顶板≤300 mm,距帮≥200 mm,距回风绕道口10～15 m安装1台甲烷传感器。

14104-1辅助运输顺槽(补巷)掘进工作面实际需要的风量,应按巷道断面、瓦斯涌出量、人数及通风机实际吸风量、风速等规定要求分别进行验算,供风量应满足最大需风量要求,经计算确定掘进工作面风筒末端的实际需风量取285 m3/min.

3.2 补巷支护

采用机载前探梁进行临时支护,规格为长2.0 m×宽3.4 m,其有效控顶面积为6.8 m2,有效控顶长度为2.0 m,前探梁与工作面迎头间距小于300 mm. 巷道在机载前探梁损坏或掘进遇顶板破碎区、断层构造带、巷道冒高区时采用DW45-250/110X(A)型快速注液升柱器作为临时支护。永久支护时,顶锚杆每排打设6根,排距800 mm,间距900 mm,直径22 mm,长度2400 mm,锚杆碟形托盘规格为150 mm×150 mm×10 mm,W型钢带规格4800 mm×280 mm×3.75 mm,网片使用双层8#铅丝金属网,网格规格50 mm×50 mm.锚索为φ21.8 mm×8300 mm钢绞线锚索,间排距2000 mm×2000 mm;锚索配11#矿用工字钢,钢梁长度4500 mm,一梁三眼。帮锚杆每排4根锚杆,间排距与碟形托盘尺寸与顶锚杆一致,钢护板规格300 mm×300 mm×3.75 mm,网片使用单层8#铅丝金属网,网格规格50 mm×50 mm. 对于铺底,巷道全断面铺设地坪,地坪厚度200 mm,强度C30. 工作面停采支护情况见图2.

图2 工作面停采支护断面图

3.3 支架回撤方法

1) 对需要回撤的支架进行缓慢降架,利用支架回撤车将待撤支架缓慢拉出,当支架拉至指定位置时,使用推移千斤顶和锚链转变支架位置,位置固定后采用支架车运出支架,随后进行下一组支架的回撤。

2) 当1架支架顺利移出后,进行掩护支架抽拉时,需注意拉拽顺序,先拉拽老塘侧,随后拉拽中间侧,最后拉拽煤壁侧掩护架。

3) 正常液压支架撤除采用“后退式三掩护支架法”进行,即每撤出1架支架前移一次掩护支架,依次回撤工作面内的其余支架,并每回撤一架支架后及时前移掩护架。

4 空巷治理方法

4.1 密闭掏槽及支护

14104-1工作面缩面后形成空巷,采用密闭墙并充填。工作面内距14104-1辅助运输巷道(补巷)西帮5 m位置掏槽,砌筑青砖密闭墙,墙体厚度2.0 m,并预留粉煤灰充填管,对密闭墙内50 m范围采用粉煤灰充填密实。

14104-1辅助运输顺槽扩面拐点以里35 m位置掏槽,浇筑混凝土密闭墙,墙体厚度5.0 m;14104-1辅助运输顺槽扩面拐点以里24 m位置掏槽,砌筑青砖密闭墙,墙体厚度0.6 m,同时对4#、5#密闭墙间6 m空间使用粉煤灰充填密实;14104-1辅助运输顺槽扩面拐点以里17 m位置掏槽,砌筑青砖密闭墙,墙体厚度0.6 m,同时对5#、6#密闭墙间6.4 m空间使用粉煤灰充填密实;14104-1辅助运输顺槽扩面拐点以里10 m位置掏槽,砌筑混凝土密闭墙,墙体厚度5.0 m,同时对6#、7#密闭墙间6.4 m空间使用粉煤灰充填密实。

密闭墙施工前在构筑位置使用人工风镐由里向外分段掏槽,顶底掏槽为进入实体煤300 mm,帮掏槽为进入实体煤500 mm. 掏槽时先将密闭前后1 m范围帮顶的原支护钢筋网、菱形网拆除,掏槽后按照原巷道支护参数进行二次支护。掏槽前在构筑密闭位置挂铅垂线,找正墙体位置再掏槽,防止浇筑时墙体倾斜。

4.2 混凝土浇筑与粉煤灰充填

工作面煤壁外10 m位置掏槽,浇筑2#混凝土密闭墙,墙体厚度2.0 m;煤壁外15 m位置掏槽,浇筑3#混凝土密闭墙,墙体厚度2.0 m;同时对两道密闭墙间3 m空间使用粉煤灰充填密实。混凝土中水泥、粗砂、碎石质量比为1∶2∶3,浇筑时使用震动棒边浇筑边震动,确保混凝土致密不留空洞。在浇筑混凝土的同时,随混凝土墙的增高,逐步人工充填凝胶粉煤灰,凝胶粉煤灰中各成分质量比:m(A料)∶m(B料)∶m(粉煤灰)=1∶1∶8. 当混凝土密闭墙快接顶时,距离顶板剩余500 mm使用3根8.2 m的2英寸管进行充填空间内外的联通,3根管按左帮、巷中、右帮由高到低布置,2英寸管超过混凝土墙外700 mm以上,深入到凝胶粉煤灰中间,以便于混凝土墙体完工后继续向充填空间充填凝胶粉煤灰。在人工无法向充填空间充填粉煤灰时,使用泥浆泵向密闭空间进行充填,充填时采取间断充填方式,在充填凝胶粉煤灰接顶时使用膨胀剂进行充填,确保充填空间密实不留空洞。

4.3 注浆封堵

2#、7#密闭施工完成后,对密闭顶端及两帮各打设2个注浆孔,开孔处与密闭墙之间的距离为0.5 m,帮孔及顶孔与密闭墙夹角分别为45°与30°,终孔位置在密闭墙中部,使用泥浆泵注水泥浆,水灰质量比为0.75∶1,注浆终压为0.5 MPa,确保密闭墙体掏槽部位密实不漏风。

4.4 气体监测及置换方法

施工密闭时在密闭上留设一趟观测管,观测管延伸密闭外。工作面回采前,必须使用水泥、粉煤灰及高水胶凝剂等材料对观测管进行封堵,封堵长度为5 m.

为避免14104-1辅助运输巷道的空巷封闭空间形成“瓦斯库”,采用惰性气体对废巷内气体进行置换。注氮:沿14104-1辅助运输巷道布置一趟4英寸注氮钢管,通过密闭预留注氮管向空巷内注氮。排放:利用14104-1辅助运输巷道空巷密闭预留措施孔,沿接一趟4英寸钢丝缠绕管至南回风大巷(管口出口距回风绕道20 m,并在两侧30 m范围设置栅栏及警标)。利用注氮压力排放气体,在排放口处设置传感器,用于监测瓦斯浓度。排放时间:注氮量按600 m3/h计算,置换1 524.6 m3气体大约需要2.5 h. 若排放出的CH4及氧气浓度较大,且随着排放时间逐步降低,氮气浓度逐渐变大,说明置换效果良好。

5 设备稳装方法

对于前、后部输送机变线槽及机尾的安装,使用支架回撤车拉出68#、69#、70#支架,使用支架车经14104-1辅助运输顺槽将支架运输出井;运输后部刮板输送机机尾及3节变线槽进工作面稳装;使用支架车倒向运输3架过渡架进入工作面稳装并升紧;运输前部刮板输送机机尾及6节变线槽进入工作面稳装;调整71#支架位置,使支架贴紧70#支架。安装过程中,要保持运输机平、直,槽间隙均匀;驱动对接螺栓M42 mm×433 mm(8条),M42 mm×1215 mm(2条),扭矩力3750 N·m;安装刮板链时,刮板方向要正确,两条链松紧一致,无拧环。

通过停采支护后过渡架置换、施工短巷、采用充填及气体置换等空巷治理工艺实现缩面,工作面可多推进397 m,多回收煤炭资源65万t,直接经济效益1.5亿元。麻家梁矿工作面停采缩面综合施工布置方式见图3.

图3 工作面停采缩面综合施工布置图

6 结 语

针对麻家梁矿14104-1工作面回采期间遇断层构造带导致的回采安全问题,提出了工作面停采缩面安全施工方法,包括停采缩面施工工艺流程、补巷支护方法、空巷治理方法及设备稳装方法,形成停采缩面一体化安全施工方法,保证了14104-1工作面停采缩面施工安全。