于靜波
(新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司孫村煤礦,山東 新泰 271219)
隨著開采強(qiáng)度的增加,傳統(tǒng)長壁一面兩巷留煤柱開采方式所造成的煤炭回收率低、采掘比高、資源浪費(fèi)的問題日益突出。同時,工作面沿空巷道受動壓影響而引起的巷道圍巖大變形、頂板塌方、沖擊地壓以及煤與瓦斯突出等工程災(zāi)害也日趨嚴(yán)重,占到所有災(zāi)害70%左右。解決上述問題的關(guān)鍵在于切斷頂板應(yīng)力傳遞,消除誘發(fā)工程災(zāi)害的應(yīng)力來源。為此,工作面切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采方法[1-6]應(yīng)運(yùn)而生。
工作面切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采方法在工作面煤層回采前,在回采巷道邊緣將要形成的采空區(qū)側(cè)頂板切一條縫形成一個面,待工作面煤層回采后,在礦山壓力作用下,頂板沿切縫自動切落形成巷道的一個墻壁,既隔離采空區(qū)又保持該巷道的完整性,從而將自動形成的巷道作為下一個工作面的運(yùn)輸巷使用。孫村煤礦為了減少巷道掘進(jìn)量,從根本上扭轉(zhuǎn)采掘銜接緊張的局面,而降低礦井掘進(jìn)率,決定在2414 工作面的軌道巷采取沿空留巷技術(shù),使該留巷能為2413 綜采工作面服務(wù)。
孫村煤礦2414 回采工作面走向長度1435 m,傾向長度118 m,開采4 煤層,煤層厚度2.2~3.5 m,煤層傾角1°~3°。2414 工作面軌道巷為錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)矩形巷道,凈寬4.5 m,凈高2.8 m?;谥悄芑V井建設(shè)的要求,該工作面的開采按“智能平臺集控化、云端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)化、采煤裝備智能化、掘進(jìn)裝備快速化、輔助設(shè)施自動化”的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。
在2414 工作面軌道巷頂?shù)装逦恢眠M(jìn)行打鉆取芯,對試樣進(jìn)行物理力學(xué)參數(shù)測試,結(jié)果見表1。
2414 工作面4#煤頂?shù)装迩闆r:偽頂炭質(zhì)泥巖,厚0.3 m;直接頂中粒砂巖,厚2.8 m,灰黑色,質(zhì)地細(xì)膩,見多層菱鐵礦結(jié)核和少量橢球狀菱鐵礦結(jié)核,斷口平坦?fàn)?;基本頂粉砂巖,厚度約2.5 m,淺灰~灰色;直接底砂質(zhì)泥巖,厚 3.7 m, 灰黑色,含大量星散狀黃鐵礦和植物化石。從表1 測試數(shù)據(jù)可知,4#煤層的強(qiáng)度偏低,但是該煤層直接頂、直接底以及基本頂?shù)膹?qiáng)度整體較高。
表1 2414 工作面軌道巷頂?shù)装鍑鷰r賦存情況及力學(xué)參數(shù)
該工作面地質(zhì)條件局部復(fù)雜,斷層發(fā)育,工作面回采過程中共揭露19 條小斷層。其中有8 條斷層對軌道巷圍巖穩(wěn)定性影響較大,分別為正斷層F1、正斷層F3、正斷層F5、正斷層F7、正斷層F9、正斷層F10、正斷層F11、正斷層F13。
在2414 工作面軌道巷頂板布設(shè)3 列恒阻大變形錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固,從而控制頂板下沉,來實(shí)現(xiàn)巷道的非對稱性補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)目的。
第一列恒阻錨索布置:切縫側(cè)排距1000 mm,距巷幫50 mm,垂直于頂板方向布置,施工時加設(shè)W 鋼帶;
第二列恒阻錨索布置:巷中排距1500 mm,與水平豎直方向布置;
第三列恒阻錨索布置:實(shí)體煤側(cè)排距3000 mm,距實(shí)體煤幫500 mm,與鉛垂線夾角10°方向布置。
恒阻大變形錨索直徑為Ф21.8 mm,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)況,錨索長度12 300 mm;恒阻器Ф65±3 mm,恒阻值為33 t±2 t,恒阻器長500 mm,恒阻錨索排距為2000 mm,每排 1 根;錨索與巷道頂板垂直,預(yù)緊力不小于28 t。在2414 工作面軌道巷回采期間,根據(jù)巷道圍巖結(jié)構(gòu)形態(tài)采用單體液壓支柱+花邊梁進(jìn)行臨時支護(hù)[6]。2414 工作面軌道巷內(nèi)支護(hù)斷面如圖1。
圖1 2414 工作面巷道內(nèi)支護(hù)斷面示意圖
在開采過程中,為防止2414 工作面軌道巷采空區(qū)垮落矸石滾落下滑對擋矸結(jié)構(gòu)造成較大的破壞,在架后6 m 區(qū)域內(nèi)設(shè)置自移式擋矸板進(jìn)行有效防沖擊支護(hù),其后采用可縮性25U 型鋼+單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)。采用一梁四柱,靠近切縫側(cè)單體液壓支柱間距為800 mm,另一側(cè)單體液壓支柱間距為1600 mm,梁排距為1000 mm。兩可縮性25U 型鋼之間增加連桿,同時距擋矸側(cè)25U 型鋼100 mm巷內(nèi)布設(shè)單體液壓支柱一列,排距500 mm,距原切縫側(cè)單體液壓支柱100 mm 巷內(nèi)布設(shè)單體液壓支柱一列,排距1000 mm。
針對2414 工作面沿煤層頂板堅(jiān)硬不易垮落的情況,對該工作面軌道巷沿空留巷在頂板預(yù)裂爆破施工。采用超前爆破預(yù)裂方法調(diào)整基本頂巖層破斷形態(tài)。
超前工作面每隔25 m 施工一個鉆場,在每個鉆場內(nèi)施工2 組爆破鉆孔,每組含3 個鉆孔并呈扇形布置,與工作面走向成2°~10°施工,炮孔孔底距離工作面10~20 m 時裝藥爆破。
鉆孔施工選用SGZ ⅢA-150 型鉆機(jī),鉆頭直徑75 mm。采用煤礦三級安全水膠炸藥,藥卷規(guī)格為直徑60 mm,長1000 mm,封孔長度均為10 m。
采用切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術(shù)對2414工作面進(jìn)行了回采,當(dāng)前已回采并成功成巷800 m。對軌道巷進(jìn)行保留后,采用切頂卸壓自動成巷PU監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:沿空留巷段巷道頂板整體變形較小,留巷穩(wěn)定后,切縫側(cè)巷道頂板最大下沉量為483 mm,實(shí)煤體側(cè)頂板下沉量112.3 mm,底鼓最大值為48 mm。工作面巷道圍巖穩(wěn)定性較高,留巷效果較好,可以滿足下一個2413 工作面的回采生產(chǎn)需求。