復(fù)雜地質(zhì)條件下分層開采人工假頂技術(shù)實(shí)踐與應(yīng)用

文/趙榮闊 梁國棟

徐礦集團(tuán)張雙樓煤礦東一延伸采區(qū)位于-1000m以下，埋深超千米，煤層賦存條件復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害較多。采區(qū)內(nèi)主采二疊系山西組7煤、9煤，采用下行開采方式，煤層間距不均，局部消失形成7、9煤合成區(qū)，煤層厚度較大。對(duì)于這種地質(zhì)條件復(fù)雜、合成區(qū)范圍較小的采區(qū)，采用分層開采方法較為合理，同時(shí)要統(tǒng)籌考慮上下分層開采關(guān)系，上分層的開采要留設(shè)人工假頂，為下分層開采提供可靠的頂板條件。

為此，張雙樓煤礦在74102工作面鋪設(shè)人工假頂，在分析地質(zhì)構(gòu)造對(duì)假頂鋪設(shè)影響的基礎(chǔ)上，根據(jù)合成區(qū)煤厚分布、夾矸分布特征和相鄰工作面接續(xù)，確定人工假頂布置方式，提出采用礦用高強(qiáng)聚酯纖維柔性網(wǎng)作為加強(qiáng)材料，并對(duì)礦用高強(qiáng)聚酯纖維柔性網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了工作面的安全高效開采，并為下分層提供了穩(wěn)定頂板條件，同時(shí)避免了人員進(jìn)入煤壁區(qū)作業(yè)，提高了生產(chǎn)安全性。

一、工作面概況

74102工作面位于礦井東—-1000m延伸采區(qū)，工作面埋深-1010～-1122m，走向長1180m，傾斜長平均175.3m，最大傾角35°，頂板為泥巖，煤層厚度1.0～11.0m，平均約2.9m。東一-1000m延伸采區(qū)主采7煤和9煤，層間距約20～30m，呈由西向東逐漸減小的趨勢(shì)，在74102運(yùn)輸巷回采進(jìn)尺點(diǎn)767～1262m、軌道巷回采進(jìn)尺點(diǎn)521～609.5m范圍形成7、9煤合成區(qū)，合成區(qū)內(nèi)煤層總厚度約11m。此外，工作面東部火成巖發(fā)育，發(fā)育區(qū)呈NE走向，帶寬平均約150m，厚度平均約1.5m。

二、人工假頂方案

1.布置方案

合成區(qū)范圍采用分層開采方式，上分層開采后頂板垮落壓實(shí)后作為下分層開采工作面頂板，部分煤層頂板巖性較差，膠結(jié)性能弱，需鋪設(shè)人工假頂輔助形成頂板。人工假頂鋪設(shè)受合成區(qū)范圍、開采布局、夾矸厚度等因素影響，主要鋪設(shè)原則有：

（1）合成區(qū)范圍煤層厚度大于4m 以上，需要采用分層開采方式回采的，且頂板巖性較差，需鋪設(shè)人工假頂輔助重新形成頂板。

（2）根據(jù)相鄰工作面布局，人工假頂鋪設(shè)范圍必須在下分層工作面設(shè)計(jì)回采區(qū)域范圍內(nèi)。根據(jù)礦井設(shè)計(jì)布局，該區(qū)共布置4個(gè)采煤工作面，分別為74102 工作面、74104 工作面、94102 工作面和94104 工作面，依次開采，74102 工作面揭露合成區(qū)范圍均位于94102 工作面和94104 工作面上方。

（3）合成區(qū)范圍內(nèi)存在厚度超過1.0m 夾矸且上分層開采過程未破壞的，夾矸可作為下分層穩(wěn)定頂板，該范圍不需鋪設(shè)人工假頂。

對(duì)合成區(qū)范圍、 夾矸分布特征及工作面布置等因素綜合考慮，在工作面回采進(jìn)尺點(diǎn)760～1200m范圍之間采用礦用高強(qiáng)聚酯纖維柔性網(wǎng)鋪設(shè)人工假頂，走向長度440m，傾向長度約120m，鋪設(shè)面積52800m2。

2.假頂材料選擇

74102工作面頂板為破碎泥巖頂，同時(shí)面臨大傾角等地質(zhì)危害。因此，人工假頂在具有足夠強(qiáng)度、耐腐蝕性前提下，要簡化作業(yè)流程，提高鋪網(wǎng)效率，減少在煤壁區(qū)逗留時(shí)間，降低工作面片幫、滾矸傷人風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)安全性。選用礦用高強(qiáng)聚酯纖維柔性網(wǎng)，具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）強(qiáng)度高。高強(qiáng)聚酯纖維柔性網(wǎng)面積大，一般2 塊柔性網(wǎng)即可滿足要求，能夠有效避免金屬菱形網(wǎng)因面積小導(dǎo)致的頻繁連網(wǎng)過程中搭接點(diǎn)強(qiáng)度不足、易撕網(wǎng)爛網(wǎng)弱點(diǎn)。

（2）安全性高。能夠有效降低煤壁區(qū)作業(yè)時(shí)間，保證大傾角防滾矸設(shè)施正常使用，提高安全性。

（3）效率高。一次連網(wǎng)后可連續(xù)推進(jìn)10m，不需停機(jī)聯(lián)網(wǎng)，有效避免了工時(shí)浪費(fèi)，提高開機(jī)率，確保了工作面高效生產(chǎn)。

（4）勞動(dòng)強(qiáng)度小。高強(qiáng)聚酯纖維柔性網(wǎng)重量輕，單位面積只有金屬網(wǎng)的30%，采用機(jī)械運(yùn)輸，有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

三、工程應(yīng)用

1.假頂材料性能及尺寸

根據(jù)工作面實(shí)際情況，可定制網(wǎng)的長度。74102工作面原班進(jìn)尺1.8m，選取走向長度20m的柔性網(wǎng)，平均10天左右延一次網(wǎng)。工作面傾向鋪網(wǎng)長度120m，考慮到運(yùn)輸因素，采用兩片礦用高強(qiáng)聚酯纖維柔性網(wǎng)，每片傾向長度為63m，兩片柔性網(wǎng)搭接長度不小于6m。礦用高強(qiáng)聚酯纖維柔性網(wǎng)主要技術(shù)性能見表1。

表1 礦用高強(qiáng)聚酯纖維柔性網(wǎng)主要技術(shù)性能

2.工藝優(yōu)化

柔性網(wǎng)鋪網(wǎng)工藝主要分掛網(wǎng)，吊網(wǎng)、割煤，移架。

（1）掛網(wǎng)。將網(wǎng)卷邊挑至頂板，然后將絞盤上的鋼絲繩穿過定滑輪，從網(wǎng)卷下方繞過，并將鋼絲繩上的鉤頭掛在柔性網(wǎng)經(jīng)緯向交匯處或網(wǎng)邊的鋼絲繩上。奇數(shù)架采用鋼絲繩鉤頭與網(wǎng)邊的鋼絲繩扣在一起，偶數(shù)架采用鋼絲繩鉤頭掛在網(wǎng)經(jīng)緯向交匯處，以確保絞盤上的鋼絲繩摘鉤重復(fù)使用。上網(wǎng)過程中將護(hù)幫板收回，網(wǎng)邊由人工提起，用護(hù)幫板將網(wǎng)邊壓住挑起。

（2）吊網(wǎng)、割煤。人工用雙股鐵絲與頂板上引網(wǎng)的菱形網(wǎng)連接起來，網(wǎng)卷由絞盤上的鋼絲繩懸吊起后，用手拉葫蘆分別與整個(gè)網(wǎng)卷的兩端及兩段網(wǎng)卷搭接處連接，將網(wǎng)卷拉直，防止網(wǎng)卷向下滑，確保支架護(hù)幫板全部收回，從機(jī)頭往機(jī)尾10個(gè)手動(dòng)絞盤一起搖動(dòng)，將網(wǎng)吊起置于支架護(hù)幫板下拉緊，防止采煤機(jī)割網(wǎng)、刮網(wǎng)。

（3）移架。割完一刀煤后，松開絞盤上的鋼絲繩，將網(wǎng)片下落一段，逐架推移支架，支架操作工和煤機(jī)司機(jī)要密切配合，控制好移架的速度，勻速操作，防止支架將網(wǎng)片頂破，支架推移后，用手動(dòng)絞盤將網(wǎng)片搖起，重復(fù)割煤、放網(wǎng)、移架、收網(wǎng)、割煤程序，直到工作面停采。

四、結(jié)論

74102工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，面臨7、9煤合成區(qū)、大傾角、火侵煤層等地質(zhì)構(gòu)造，根據(jù)合成區(qū)范圍、夾矸分布特征及工作面接續(xù)布置等因素，在工作面回采進(jìn)尺點(diǎn)760～1200m之間、機(jī)尾向下120m范圍鋪設(shè)人工假頂。采用礦用高強(qiáng)聚酯纖維柔性網(wǎng)作為假頂材料，其鋪網(wǎng)整體性強(qiáng)、強(qiáng)度高、施工簡單，降低了人工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，在過火成巖等復(fù)雜條件下提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)高效。同時(shí)，降低了人員進(jìn)入煤壁區(qū)作業(yè)的時(shí)間，避免了煤壁片幫、滾矸傷人等意外傷害情況的出現(xiàn)概率，提高了安全保障程度。