工作面安全快速過(guò)陷落柱支護(hù)體系研究

褚乾鑫

(汾西礦業(yè)安監(jiān)局，山西 介休 032000)

引 言

煤炭回采時(shí)遇陷落柱會(huì)給頂板管理、防治水等工作開(kāi)展帶來(lái)較大安全威脅[1-2]?，F(xiàn)階段礦井使用的過(guò)陷落柱技術(shù)方法依據(jù)陷落柱位置、是否導(dǎo)水等可分為留設(shè)保護(hù)煤柱、另開(kāi)切眼以及平推硬過(guò)等[3-5]。若陷落柱影響范圍不大且無(wú)導(dǎo)水性時(shí)可使用平推硬過(guò)法降低陷落柱給煤炭回采影響并提高煤炭采收率[6]。但是采面在過(guò)陷落柱期間由于陷落柱內(nèi)巖體破碎、裂隙擴(kuò)展等常出現(xiàn)頂板冒落、涌水等問(wèn)題[7]。文中以山西某礦6503工作面過(guò)X02陷落柱為工程實(shí)例，提出采用加固方式提高陷落柱內(nèi)破碎煤巖體強(qiáng)度及穩(wěn)定性，并通過(guò)強(qiáng)化采面頂板控制確保煤炭安全回采。

1 工程概況

山西某礦6503綜采工作面位于5采區(qū)西側(cè)，采面設(shè)計(jì)走向、傾向長(zhǎng)度分別為1 025 m、245.3 m，開(kāi)采的6#煤層厚度3.0 m，傾角5°、埋深360 m。6#煤層頂?shù)装鍘r層以泥巖、粉砂巖以及砂質(zhì)泥巖等為主，裂隙較為發(fā)育。

根據(jù)已有的物探、鉆探以及回采巷道掘進(jìn)揭露資料顯示，在工作面回采空間范圍內(nèi)發(fā)育有X02陷落柱，預(yù)計(jì)陷落柱規(guī)格為29.4 m×32.9 m，陷落柱內(nèi)主要充填物為被泥質(zhì)膠結(jié)的粉砂巖，具有一定的導(dǎo)水性。采面內(nèi)陷落柱發(fā)育位置，如圖1所示。陷落柱與運(yùn)巷、風(fēng)巷以及切眼間間距分別為100.5 m、114.8 m以及126.5 m。

圖1 陷落柱位置示意圖

由于X02陷落柱位于采面中部，若采用調(diào)采法過(guò)陷落柱不僅需要留設(shè)較寬的保護(hù)煤柱，而且采面搬家也會(huì)占用大量的回采時(shí)間以及人力資源，顯然經(jīng)濟(jì)性不合理。為此，礦井提出采用平推硬過(guò)方式過(guò)陷落柱，并在陷落柱影響范圍內(nèi)通過(guò)注漿方式加固陷落柱內(nèi)破碎巖體，從而為采面頂板管理創(chuàng)造相對(duì)良好條件。

2 注漿加固技術(shù)

注漿不僅可提高陷落柱內(nèi)巖體強(qiáng)度、避免出現(xiàn)滲水事故，而且可預(yù)防陷落柱內(nèi)煤體片幫、冒頂?shù)仁鹿?。具體選用的注漿材料為礦井常使用的TWK化學(xué)高分子材料，由于陷落柱與運(yùn)巷、風(fēng)巷間距較大，若在回采巷道內(nèi)施工注漿鉆孔進(jìn)行注漿，不僅注漿鉆孔施工難度大而且注漿漿液浪費(fèi)嚴(yán)重。為此，提出在采面內(nèi)對(duì)陷落柱進(jìn)行注漿加固，具體當(dāng)采面推進(jìn)至與陷落柱間距6 m時(shí)，在采面煤壁上施工注漿鉆孔對(duì)陷落柱兩側(cè)各10 m范圍進(jìn)行注漿，具體注漿鉆孔。

為避免3603綜采工作面回采過(guò)X02陷落柱期間頂板冒落、突水等安全事故發(fā)生，并預(yù)防煤壁片幫，決定使用化學(xué)漿液對(duì)陷落柱進(jìn)行加固。通過(guò)化學(xué)注漿不僅可充填陷落柱內(nèi)破碎巖裂隙而且可封堵涌水通道，從而避免采面過(guò)陷落柱期間出現(xiàn)頂板淋水、冒落以及煤壁片幫等問(wèn)題。具體在采面推進(jìn)至與陷落柱間距6 m時(shí)，在切眼內(nèi)布置鉆孔進(jìn)行加固。加固鉆孔布置在采面切眼中部位置，控制陷落柱邊緣外側(cè)各10 m范圍內(nèi)。具體切眼內(nèi)注漿鉆孔布置，如圖2所示。

圖2 采面內(nèi)注漿孔布置示意圖

鉆孔開(kāi)孔位置位于頂板下方1.5 m處，鉆孔間距2.5 m，注漿孔長(zhǎng)度、孔徑均為6 000 mm、42 mm，鉆孔仰角15°。在采面內(nèi)按照5 m間距布置注漿孔，注漿孔數(shù)量共計(jì)11個(gè)。注漿孔封孔長(zhǎng)度均為2.5 m，注漿壓力設(shè)計(jì)為4 MPa～5 MPa。根據(jù)陷落柱范圍以及注漿經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，預(yù)計(jì)采面過(guò)X02陷落柱時(shí)注漿量約為86.3 m3。

3 采面頂板強(qiáng)化支護(hù)技術(shù)

3.1 鋪設(shè)柔性纖維網(wǎng)

X02陷落柱內(nèi)主要為泥質(zhì)膠結(jié)的粉砂巖，雖然通過(guò)注漿可提高陷落柱內(nèi)巖體穩(wěn)定性，但是在回采過(guò)陷落柱期間仍可能出現(xiàn)煤壁嚴(yán)重片幫、掉頂?shù)葐?wèn)題，因此需要強(qiáng)化頂板支護(hù)。具體采用的頂板支護(hù)技術(shù)為用柔性纖維網(wǎng)對(duì)控制陷落柱內(nèi)破碎巖體。支護(hù)使用的柔性纖維網(wǎng)具有抗拉強(qiáng)度大、整體性好等優(yōu)點(diǎn)，在柔性纖維網(wǎng)交接位置通過(guò)縫合可避免出現(xiàn)漏矸問(wèn)題。

在采面過(guò)陷落柱時(shí)采用柔性纖維網(wǎng)控制注漿加固后的頂板，避免陷落柱內(nèi)破碎巖體沿著液壓支架前端、架間等掉落，不僅可保護(hù)回采設(shè)備而且避免冒頂事故發(fā)生。

3.2 采面管理

3.2.1 減少采面用水

對(duì)陷落柱內(nèi)膠結(jié)物成分分析得知，內(nèi)部主要為泥質(zhì)膠結(jié)砂巖，其中泥巖中含有較多的黏土成分，遇水后容易弱化、崩解。因此，需要控制采面用水避免頂板松軟導(dǎo)致綜采設(shè)備鉆底事故發(fā)生。將采面電機(jī)冷卻水用專(zhuān)用管路排出到陷落柱影響區(qū)之外；對(duì)采煤機(jī)噴霧降塵程序進(jìn)行重新制定，采煤機(jī)回采至陷落柱位置時(shí)停止噴霧，從而降低水對(duì)泥巖影響。

3.2.2 底板管理

在采面過(guò)陷落柱期間通過(guò)頂板注漿、鋪設(shè)柔性纖維網(wǎng)以及減少過(guò)陷落柱期間用水等方式可實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板巖層控制，但是由于陷落柱影響區(qū)域內(nèi)底板較為松軟，為此提出鋪設(shè)墊地梁(規(guī)格：3 400 mm×250 mm×250 mm)對(duì)底板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，地梁使用鈀釘連接成一個(gè)整體。

若過(guò)陷落柱期間綜采設(shè)備有鉆底趨勢(shì)時(shí)則可在液壓支架下方墊設(shè)方木，并用鈀釘固定牢固，以便保證液壓支架可平穩(wěn)移動(dòng)。支架移動(dòng)過(guò)后對(duì)方木鋪設(shè)情況進(jìn)行檢查，避免翹起的方木影響后驅(qū)刮板輸送機(jī)運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

采煤工作面回采過(guò)程中遇陷落柱時(shí)如何確保頂板、煤壁等穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)煤炭高效回采過(guò)程中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。6503綜采工作面回采范圍內(nèi)存在有X02陷落柱，且陷落柱分布在采面中部，若采用跳采或者留設(shè)保護(hù)煤柱方式過(guò)陷落柱則存在煤炭損失量大、經(jīng)濟(jì)效益低以及作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度高等問(wèn)題。為此，依據(jù)陷落柱發(fā)育情況以及采面開(kāi)采情況，提出采用平推硬過(guò)方式過(guò)陷落柱。

依據(jù)陷落柱發(fā)育情況以及采面頂?shù)装鍘r性，提出采用化學(xué)注漿、鋪設(shè)柔性纖維網(wǎng)、強(qiáng)化采面用水、底板管理等方式過(guò)陷落柱。在過(guò)陷落柱期間，采面保持正常的推進(jìn)速度，期間未出現(xiàn)頂板漏矸問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)取得較好應(yīng)用成果。