大傾角孤島開采工作面端面煤巖體控制實(shí)踐

裴 暉

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300)

引 言

煤炭資源在我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重一直占據(jù)主導(dǎo)地位，距測(cè)算，至2030年，煤炭在我國一次能源消費(fèi)中所占的比例仍會(huì)達(dá)到70%左右。但是，在我國一些服務(wù)年限較長的老礦區(qū)，隨著優(yōu)質(zhì)資源的不斷開采，一些淺埋煤層或近水平煤炭資源逐漸枯竭，因而不得不轉(zhuǎn)而開采深部、大傾角或其他復(fù)雜地質(zhì)條件的煤炭資源。同時(shí)，在開采過程中，由于地質(zhì)生產(chǎn)條件及采煤技術(shù)所限，有時(shí)候會(huì)不可避免地出現(xiàn)孤島工作面，孤島工作面的巷道支護(hù)及端面煤巖體控制受特殊礦山壓力影響，存在較大困難[1-3]。本文針對(duì)某礦大傾角孤島開采工作面的端面煤巖體控制問題展開研究。

1 工程概況

某礦1523工作面開采2#煤層，煤層傾角達(dá)25°～40°，且其臨近1521及1525工作面已回采完畢，為典型大傾角孤島開采工作面。本工作面煤層賦存穩(wěn)定，厚度平均2.7 m。煤層直接頂為泥巖及泥質(zhì)粉砂巖，厚2 m～6 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，賦存不穩(wěn)定，老頂為中砂巖，厚3 m～10 m，底板為砂質(zhì)泥巖，厚3 m。工作面采用走向長壁后退式采煤法，采用全部垮落法管理頂板。影響生產(chǎn)的主要構(gòu)造為斷層和陷落柱，且由于工作面傾角大，礦山壓力顯現(xiàn)劇烈，同時(shí)工作面直接頂為泥巖及泥質(zhì)粉砂巖，須加強(qiáng)端面頂板管理。

2 端面煤巖體控制難點(diǎn)分析

1523工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，除大傾角孤島開采外，工作面范圍內(nèi)還分布有落差在2.5 m以上的斷層3條，落差在1.6 m以下的斷層十余條，且由于缺乏孤島開采經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致工作面推采速度較慢，且支架—圍巖工況較差，端面煤巖體控制困難，且在工作面推采初期，曾發(fā)生過較嚴(yán)重的端面冒頂事故，冒落范圍達(dá)到16 m，冒落高度最大處達(dá)到6 m，對(duì)礦井的安全高效回采造成了嚴(yán)重威脅，事故片幫冒頂狀況如圖1所示。

圖1 1523工作面片幫冒頂事故

根據(jù)工作面具體地質(zhì)生產(chǎn)條件，查閱相關(guān)文獻(xiàn)[4-6]，分析得出1523大傾角孤島開采工作面的端面煤巖體控制難點(diǎn)如下。

1) 支承應(yīng)力疊加。孤島開采工作面受相鄰兩側(cè)采空區(qū)側(cè)向支承應(yīng)力及本工作面推采超前支承應(yīng)力疊加影響，應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，在整個(gè)工作面范圍內(nèi)應(yīng)力呈現(xiàn)馬鞍形分布，垂直應(yīng)力集中系數(shù)值超過2.0，水平應(yīng)力集中系數(shù)值超過1.5。受應(yīng)力集中影響，支架—圍巖系統(tǒng)所承受的壓力成倍增加，當(dāng)超過系統(tǒng)承受上限或支架—圍巖工況較差時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致支架—圍巖事故的發(fā)生，尤其是在頂板來壓期間，更是造成事故發(fā)生的頻發(fā)時(shí)期。

2) 端面煤巖體松散破碎。端面煤巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，受疊加支承應(yīng)力影響，隨著工作面的推進(jìn)，超前支承壓力逐漸前移，對(duì)工作面前方的煤巖體形成應(yīng)力擾動(dòng)，使原生裂隙燈結(jié)構(gòu)弱面不斷發(fā)育，并形成了大量的次生裂隙，產(chǎn)生原因包括支承壓力、頂板運(yùn)動(dòng)和液壓支架支撐擾動(dòng)等，在產(chǎn)生次生裂隙后端面煤巖塊體易沿著次生裂隙繼續(xù)發(fā)展，使得端面煤巖塊體承受較大剪力，并沿裂隙面發(fā)生剪切破壞，與內(nèi)部煤巖體逐漸脫離，此時(shí)，由于端面距的存在或支架支護(hù)不及時(shí)，脫離掉的煤巖塊失去支撐，即發(fā)生端面片幫冒頂。

3) 支架—圍巖工況較差。由于工作面傾角較大，支架支護(hù)傾角較大，支架自身沿垂直方向的分力較小，而沿傾向方向的分力增大，容易導(dǎo)致支架接頂不實(shí)、支撐弱化、支架擠架咬架甚至倒架等，特別是當(dāng)工作面發(fā)生片幫冒頂事故時(shí)，更會(huì)導(dǎo)致支架的支撐效果弱化，從而引起支架支護(hù)狀態(tài)與冒頂片幫事故的惡性循環(huán)。同時(shí)，由于工作面所使用的液壓支架服務(wù)年限較長，設(shè)備老化，故障頻發(fā)，支護(hù)可靠性差，加劇了支架—圍巖工況的惡化。

3 端面煤巖體控制綜合方案

1) 確保液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度。對(duì)于普通工作面來說，支架的支護(hù)強(qiáng)度非常關(guān)鍵，而對(duì)于大傾角孤島工作面，其重要性更是不言而喻。必須保證支架初撐力不低于標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)加強(qiáng)支架接頂管理，防止支架接頂不實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)避免頻繁操作支架，同時(shí)使用帶壓擦頂移架，防止支架操作對(duì)頂板的頻繁擾動(dòng)，惡化支架支護(hù)效果。

2) 確保液壓支架的支護(hù)狀態(tài)。保障支架的合理端面距至關(guān)重要，一般不得超過0.3 m，使用好前探梁及護(hù)幫板，對(duì)割煤后暴露的頂板及煤幫及時(shí)支護(hù)，同時(shí)對(duì)于頂梁臺(tái)階、支架錯(cuò)距、擠架咬架、頂梁俯仰角等參數(shù)進(jìn)行合理控制，確保合理的支護(hù)狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)端面冒頂片幫時(shí)應(yīng)及時(shí)接頂、護(hù)幫處理，防止因處理不及時(shí)導(dǎo)致事故惡化。

3) 確保支架故障的及時(shí)排除。液壓支架故障不可避免，尤其是對(duì)于服務(wù)年限較久的老舊支架，更應(yīng)該加強(qiáng)日常的故障排查及檢修，若支架出現(xiàn)千斤頂漏液、密封件失效、液壓元件內(nèi)外泄露以及出現(xiàn)其他構(gòu)件損壞，將對(duì)支架的工作狀態(tài)造成不利影響，應(yīng)及時(shí)加以排除。

4) 1523工作面在整個(gè)回采期間高度重視端面煤巖體控制及支架—圍巖工況的維護(hù)，在日常管理中異常強(qiáng)調(diào)支護(hù)強(qiáng)度的達(dá)標(biāo)、支架幾何位態(tài)的管理及液壓支架的日常維護(hù)，在后續(xù)的推采過程中僅發(fā)生局部輕度片幫冒頂事故，且均在1個(gè)生產(chǎn)班內(nèi)處理完畢，未發(fā)生大范圍嚴(yán)重冒頂片幫事故，保障了工作面的安全順利生產(chǎn)。

4 結(jié)語

孤島開采工作面防范冒頂片幫事故的關(guān)鍵在于控制良好的支架—圍巖關(guān)系，支架—圍巖關(guān)系控制失效，就會(huì)導(dǎo)致端面冒頂片幫事故的發(fā)生及惡性循環(huán)?，F(xiàn)場(chǎng)管理中應(yīng)著重加強(qiáng)液壓支架的支護(hù)狀態(tài)，確保支架有效接頂，同時(shí)對(duì)于支架擠架、咬架現(xiàn)象及時(shí)處理，防止出現(xiàn)倒架事故，還應(yīng)加強(qiáng)液壓支架的故障維修，防止支架因故障而導(dǎo)致的支護(hù)失效。同時(shí)還應(yīng)重視微小事故，對(duì)于小范圍的片幫、冒頂現(xiàn)場(chǎng)提高重視，及時(shí)處理，防止事故的惡化，從而避免嚴(yán)重事故的發(fā)生。