侯艷峰
(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司朔州分公司,山西 朔州 036899)
蘭花口前礦4203 綜放工作面開采9#煤層(4#及9#煤層合層),煤層厚度10.90~14.00 m,平均12.75 m,含2~5 層夾矸。9#煤頂板為粗、中、細砂巖,底板泥巖、砂質泥巖、粉砂巖。11 號煤層厚度5.61 m,含1~4 層夾矸,頂板為泥巖、粉砂巖。11#煤層上距9(4 +9)#煤層平均8.22 m。4203 綜放工作面受到下部11#煤層不明采空區(qū)的影響,在回采過程中存在支架陷落的危險。具體采面位置如圖1。由于下部11#煤層的開采情況不明,需要綜合采用現(xiàn)場實測和理論分析等技術手段,研究制定4203綜放工作面底板巖層的合理支撐加固方案,防止工作面開采過程中發(fā)生支架陷落事故。
圖1 4203 工作面平面示意圖
為了探測4203 采面下部11#煤層的開采冒落情況,在運輸巷和回風巷按-30°向11#煤施工了16個探測孔,其中運輸巷布置兩個鉆場共5 個孔,回風巷布置三個鉆場共11 個孔。探測孔的具體布置情況如圖2。
圖2 口前礦4203 采面底板探測孔布設示意圖(m)
在4203 運輸順槽布置的鉆孔鉆進過程中均正常排渣,未探測到采空區(qū),回風順槽第三至第五鉆場內布置的探測鉆孔均揭露下覆11#煤層采空區(qū)。具體探測鉆孔剖面圖如圖3。
圖3 采面底板探測孔縱剖面示意圖
根據(jù)圖2 和圖3 可知,4203 采面煤層下邊界到下部11#煤層上邊界的距離在9.5~14.5 m 之間,采面底板的層理較發(fā)育、完整性較差;下部11#煤層的采空區(qū)主要分布在4203 采面回風巷一側。沿10#與13#探孔孔底連線作剖面圖如圖4,由圖可見從10#到13#探孔的冒落高度逐漸增大。依據(jù)現(xiàn)有條件推測,4203 采面下部采空區(qū)充填體積約為3000 m3。
圖4 11#煤層采空區(qū)頂板局部冒落示意圖(m)
充填材料是4203 采面下部采空區(qū)充填中的關鍵,漿液性能直接影響充填加固效果,漿液消耗決定了充填成本。因此,為了在確保充填加固效果的前提下,盡量節(jié)省成本并加快施工進度,應選用充填性能好、性價比高、充填速度快的充填材料[1-3]。
目前的充填材料有化學漿液、水泥漿液、高水材料與粉煤灰混合料以及空巷充填材料四大類,具體各類材料優(yōu)缺點見表1 所示[4-6]。
表1 常用充填材料優(yōu)缺點分析
根據(jù)4203 采面下覆11#煤層采空區(qū)情況,為了確保充填效果的前提下節(jié)省成本,減少鉆孔工程量、加快施工進度并減輕工人勞動強度,根據(jù)以上充填材料的綜合比較,建議選用空巷充填材料作為4203下部采空區(qū)的充填材料。
由于現(xiàn)有巷道空間小,需要拓寬以便設置鉆場。為了確保充填效果,同時盡量節(jié)省設置鉆場和鉆孔的工作量,加快施工進度,設計了如圖5 所示的充填孔布設方案。充填時,為保證充填密實且避免跑漿(漿液流向加固范圍以外的采空區(qū)),先用較低水灰比和凝固速度較快的漿液把四周邊界充填密實,再按照從低到高即從運輸順槽到回風順槽的順序依次充填。
圖5 充填孔布設示意圖
根據(jù)比選,確定選用空巷充填材料,采用間隔打孔的方式進行充填[7-8]。考慮孔底可能存在部分老窯水,漿液的水灰比確定為4:1,凝結體終強2.5 MPa,每噸材料可充填體積約4.15 m3。
要求鉆孔直徑不小于75 mm,為防止塌孔和堵孔,鉆孔后及時在孔內套設外徑為63 mm 的PE 套管,然后將1.2 寸充填管塞入PE 套管內,塞入長度不小于3 m,采用充填泵進行充填。為保證充填密實,待孔口返漿即可停止充填。充填過程中為防止下部采空區(qū)的有害氣體大量涌出造成安全隱患,需加強通風檢測并通過加裝局部通風機等方式加強作業(yè)點的通風。
空巷充填材料分甲、乙料兩部分,配比1:1,需分別加水攪拌輸送,泵站用2 寸鋼管供水,供水能力20 m3/h 以上。
充填系統(tǒng)如圖6。攪拌桶分別攪拌甲料、乙料漿液,雙液充填泵分別對兩種漿液加壓,雙趟高壓管路輸送漿液,在充填位置混合。充填所需設備見表2。泵站點嚴禁無措施停水停電,泵站點供電電壓660/1140 V。泵站點專人負責看守,泵站點與充填點之間設立電話。
表2 充填設備清單
圖6 充填設備配置示意圖
(1)4203 綜放工作面回采過程中面臨的主要安全隱患為下覆11#煤層采空區(qū)范圍不確定,采面底板不穩(wěn)定,液壓支架在過11#煤層采空區(qū)過程中存在失穩(wěn)、陷落等問題。為此,在4203 綜放工作面進風巷以及回風巷內布置鉆場,對下覆11#煤層采空區(qū)分布范圍進行探測。
(2)現(xiàn)場探測發(fā)現(xiàn)下覆11#煤層與4203 綜放工作面底板間距9.5~14.5 m,采面底板的層理較發(fā)育、完整性較差;下部11#煤層的采空區(qū)主要分布在4203 采面回風巷一側,體積約為3000 m3。在對現(xiàn)有的充填材料分析基礎上,結合4203 綜放工作面現(xiàn)場情況,提出使用空巷充填材料對11#煤層采空區(qū)進行充填,并具體對充填技術方案進行設計。
(3)4203 綜放工作面下覆11#煤層采空區(qū)充填完成后,采面回采期間9#煤層底板以及采面液壓支架始終保持穩(wěn)定,實現(xiàn)了采面安全回采。