31108综放工作面过空巷技术

武江江

(汾西矿业高阳煤矿,山西 孝义 032306)

空巷是由于开采设计变更、无序开采或布置探巷时遗留的废弃巷道,依据空巷与采面推进方向空间位置关系,空巷可具体分为走向、倾向及斜交空巷[1]。采面回采范围内的空巷在采动压力影响下容易出现围岩变形量大、围岩失稳等问题,给采面煤炭安全回采带来较大制约[2-3]。特别是开采厚煤层时,采面超前支承压力影响范围大、应力集中程度明显,更容易引起导致空巷围岩失稳,为此,众多的学者及技术人员对采面回采过空巷技术展开研究,并提出采用锚网索补强、工字钢(单体支柱)支护、围岩注浆、高水墩柱、高水材料充填等方式加固空巷,给空巷围岩足够的支护作用力,避免空巷在采面前方或者与揭露期间出现围岩垮落、失稳等问题[4-9]。确保回采期间空巷围岩稳定是实现采面安全回采过空巷的关键所在。本文以某矿31108综放工作面过空巷为工程背景,针对采面一次开采厚度大、矿压显现明显等容易导致空巷严重变形甚至垮落等问题,提出采用高水充填方式全断面充填空巷,以便给空巷围岩足够的支持作用力,现场应用后为采面安全过空巷创造了良好条件。

1 工程概况

31108综放工作面回采范围内底板标高在+540～+660 m,对应地表标高为+885～+950 m,工作面盖山厚度平均为317 m.该工作面南邻31106工作面(未掘),西部为三采区大巷保护煤柱,北为31110工作面(未掘),东部临近贤者向斜轴部。31108综放工作面分为2个块段,其中I块段工作面斜长140 m、推进长度292 m,II块段工作面斜长198 m、推进长度719 m,采面回采的太原组9-10-11号煤层厚度7.5～8.5 m ,均值为8.04 m,煤层结构复杂 ,煤岩层倾角平均为8°.9-10-11号煤层顶底板岩性以泥岩、石灰岩、砂岩为主,具体岩性参数如表1所示。矿井为低瓦斯矿井,31108工作面瓦斯绝对涌出量为0.79 m3/min.9-10-11号煤层具有自燃发火倾向,等级为Ⅱ级,发火期为4～6个月,煤尘具有爆炸性。

表1 煤层顶底板岩性

31108综放工作面回采范围内地质构造比较复杂,采面开采范围内发育有断层、陷落柱等地质构造,给煤炭正常回采带来一定影响。工作面采用全部垮落法管理顶板,回采期间使用的主要设备包括有采煤机MGTY300/700-WD、破碎机PCM-200、前部刮板输送机SGZ-764/630、后部刮板输送机SGZ-800/800、中间支架ZF6800/17/32、端头支架ZFG6800/17.5/32.5H.31108综放工作面II段开采范围内存在有废弃的空巷(探巷),具体分布位置如图1所示。由于31108综放工作面一次开采高度大、采动压力影响范围大,因此在采面过空巷时面临的主要问题为:空巷围岩变形严重、原有支护体系失效甚至导致顶板垮落等问题,空巷内瓦斯积聚,空巷与围岩裂隙发育导致煤体自燃。因此,应结合31108综放工作面现场实际情况,针对性制定采面过空巷技术方案,以便确保采面安全、快速过空巷。

图1 采面与废弃空巷位置关系

2 采面过空巷技术

2.1 空巷通风

1) 在采面与空巷间距300 m之前,即组织人员在进风流中安装局部通风机,并开启空巷密闭,对空巷进行通风。

2) 严格按照要求确保空巷通风量效果,强化空巷内瓦斯体积分数检测,确保空巷内通风风流稳定,瓦斯体积分数降至0.5%以内。

3) 揭露空巷后暂停推进,待采面通风系统恢复稳定后方可继续推进。

2.2 空巷充填支护

由于31108综放工作面一次开采高度大、矿压显现明显,空巷在动压作用下容易出现大变形甚至围岩失稳等问题。为此,提出采用充填方式支护空巷围岩。待空巷内瓦斯体积分数降至安全范围、通风稳定后,采用高水充填材料支护空巷顶板及巷帮,确保采面过空巷期间围岩稳定。

依据31108综放工作面煤层赋存情况、现场地质条件、超前支承压力分布及围岩支护强度等情况,空巷充填时使用水灰比为7∶1的高水充填材料,材料初凝时间为30 min、充填3 d后抗压强度即可达到1.2 MPa以上,可满足空巷围岩支护需要。在空巷内按照10～20 m布置一道止浆墙,具体布置情况如图2所示,在注浆外侧布置厚度10～15 mm厚木板并使用单体或者木支柱支承,在木板内布置风筒布,以便减少高水充填材料外溢量。

图2 空巷充填示意

在空巷内注入高水充填材料时,应先将充填在搅拌桶内均匀混合,使用双液注浆泵将高水充填材料泵送至空巷内。具体高水充填材料注入工艺如图3所示。为提高高水充填材料密实度并避免管路堵塞等影响后续空巷充填,在充填段,布置2～3个PVC充填管,其中一路作为注浆管使用,其余充填管作为排气管使用。

图3 空巷充填工艺

2.3 过空巷期间管理措施

在31108综放工作面过空巷之前,检修采煤机、液压支架、刮板输送机、供液系统等,更换易损件并确保各设备处于完好状态,避免过空巷期间机电设备出现故障影响推进速度;由于高水充填材料可给空巷围岩较大的支护作用力,为减少煤炭损失,在31108综放工作面过空巷期间仍正常进行放煤。采面与空巷间距缩小至15 m时,对采面进行调斜,具体加快采面回风巷一侧回采速度、减缓进风巷侧回采速度,从而使得采面与空巷有5°以上夹角,同时使得采面先揭露空巷最里侧,具体采面调斜情况如图4所示。

图4 采面调斜示意

采面调斜后具有下述优势:

1) 采面调斜后可,采面可逐段揭露空巷,采煤机截割一刀后采面推进0.55 m,采煤机截割8刀即可通过空巷,采面一次揭露空巷面积小 ,降低采动压力对空巷影响程度。

2) 采面调斜角度为5°,调斜角度较小,调斜期间不会出现采面过长同时液压支架、刮板输送机等设备不会出现窜向机尾或机头等情况,避免采煤机组无法割透回采巷道侧煤壁或者采面出现空顶问题。

3) 调斜后,从最里面侧揭露空巷,在全负压通风作用高水材料与空巷空隙内有新鲜风流,可避免局部瓦斯富集。

3 现场应用效果分析

在31108综放工作面过空巷期间,通过监测空巷内、空巷旁液压支架工作阻力变化情况,掌握空巷充填效果,具体过空巷前(第1阶段:采面距空巷13.0～0 m)、过空巷期间(第2阶段:采面距空巷期间0～4.4 m)以及过空巷后(第3阶段:采面过空巷后4.4～11.0 m)液压支架工作阻力变化情况如图5所示。从图中可以看出,在过空巷之前,在采动压力影响下空巷围岩变形开始增大、空巷围岩与高水充填材料间空隙被压实,空巷影响范围内液压支架工作阻力出现一定程度波动,主要是受空巷围岩变形影响;采面过空巷期间以及过空巷后,由于空巷围岩被高水充填材料支承,空巷影响范围内液压支架工作阻力始终在较小范围内波动。同时在31108综放工作面过空巷期间,采面顶板、煤壁始终保持稳定,未有冒顶、片帮等异常矿压显现情况,表明现场使用的以高水充填材料加固空巷为核心的技术措施可确保采面安全、平稳回采。

图5 采面过空巷前后液压支架工作阻力变化情况

4 结 语

31108综放工作面回采范围内存在有废弃的空巷,若采用传统的锚网索、注浆或者敦式支柱加固空巷,并通过留顶煤方式过空巷,虽然可确保过空巷安全,但是也会导致采空区遗煤量大、煤炭资源损失量多以及经济效益差等问题。为此,结合31108综放工作面现场情况,提出使用高水充填材料加固空巷围岩,并通过采面调斜减少一次揭露空巷范围。

在31108综放工作面空巷内,按照10～20 m间距布置止浆墙并注入高水充填材料,通过全段充填提高空巷围岩抗变形能力,避免采面回采期间出现空巷围岩垮落问题;过空巷期间采面调斜5°.在过空巷期间保持正常放顶煤回采,期间采面矿压显现未出现异常,采面顶板及煤壁始终保持稳定,表明31108综放工作面采用的过空巷技术措施效果显著,可确保采面安全回采。