综采工作面大倾角破碎顶板片帮冒顶防治技术.pdf

第36卷第2期 煤 炭 科 学 技 术 Vol136 No12 2008年2月COAL SCIENCE AND TECHNOLOGYFeb. 2008 综采工作面大倾角破碎顶板片帮冒顶防治技术 李文昌 1, 2 ,段文军 2 1 1中国矿业大学北京 , 北京 100083; 21峰峰集团有限责任公司 梧桐庄矿,河北 邯郸 056500 摘 要梧桐庄矿311综采工作面煤层顶板破碎、开采煤层倾角达到20～30,工作面煤壁片帮严 重、冒顶事故频繁。通过采取化学注浆加固煤岩体技术,提高了煤岩体稳定性,消除了因工作面煤 壁片帮引起的顶板事故,保证了工作面顺利回采。 关键词综采工作面;破碎顶板;大倾角仰斜开采;煤壁片帮;锚注浆加固 中图分类号TD327122 文献标志码 A 文章编号 0253 - 2336 2008 02 - 0006 - 03 Prevention and control technology for spalling and fa iling of high inclined broken roof in fully mechan ized m in ing face L IWen2chang 1, 2 , DUAN Wen2jun 2 1.China University ofM ining and Technology Beijing , Beijing 100083, China; 2.Wutongzhuang M ine, Fengfeng Group Corporation Ltd. , Handan 056500, China Abstract The seam roof ofNo. 311 fullymechanized coalmining face inWutongzhuangMine was broken and the inclination of the min2 ing seam was upto 20～30.The accidents of serious spalling of coalwall and roof falling of the coalmining face were often occurred. W ith the chemical grouting and reinforced technology for the coal and rock masses, the stability of the coal and rock mass was improved and the roof accidents due to the coalwall spallingwas eli minated, which had ensured the successfulmining operation of the coalmining face. Key words fullymechanized coalmining face; broken roof; miningwith high elevation angle; coalwall spalling; bolt and grouting rein2 forcement 梧桐庄矿设计生产能力210万t,矿井地质条 件复杂,整个井田呈不规则的褶曲状,褶曲构造给 矿井综采工作面的走向布置带来困难,为适应综采 机械化的要求,该矿综采工作面布置采用了长壁非 走向布置,该布置方式极大地满足了综采机械化安 全高效的要求,但也造成了综采工作面起伏不平, 工作面时而俯斜、时而仰斜开采,特别是大倾角仰 斜开采严重制约着矿井的发展。 大倾角仰斜开采,极易造成煤壁片帮、顶板冒 顶事故,一方面,工作面煤壁片帮、顶板冒顶,极 易造成人员伤害,处理冒顶本身也存在着很大的安 全隐患;另一方面煤壁片帮、顶板冒顶使矿井生产 被动,职工劳动强度加大,产量低,矿井整体经济 效益受到影响。因此,解决综采工作面大倾角仰斜 开采煤壁片帮、顶板冒顶成了梧桐庄矿的难题。梧 桐庄矿借鉴国内外大倾角仰斜开采经验,结合具体 地质条件,提出了采用高分子化学浆材料锚注浆加 固煤岩体新工艺,在311综采工作面大倾角仰斜开 采中取得了成功。 1 工作面概况 111 地质概况 梧桐庄矿311工作面是该矿主采工作面,走向 长1 700 m,倾向长160 m,该面位于韦武-神岗 背斜两翼,里段属大仰斜上山开采,仰采角度在 15～20 的地段有100 m, 20～30 地段有150 m; 工作面中段沿走向开采;外段为下山开采。工作面 内包含有落差小于218 m的断层9条,对生产稍有 影响,工作面平面布置如图1所示。 该面煤层厚度313 m,直接顶板为1417 m厚 的砂页岩,距煤层顶面往上115 m和415 m处分别 有一层0115 m厚的薄煤,直接顶板呈复合状态; 基本顶为616 m厚的细砂岩;煤层直接底板为419 m厚的砂质页岩;基本底为312 m厚的细砂岩。 6 李文昌等综采工作面大仰角破碎顶板片帮冒顶防治技术2008年第2期 图1 311工作面平面布置 112 采煤方法及工艺 工作面采用单一长壁后退式综合机械化采煤 法,一次采全高。工作面主要设备配置如下 MGTY250/600采煤机/套1 ZZ4000 /18/39液压支架/架107 SGZ - 764/500刮板输送机/台1 PCM132破碎机/台1 SSJ100/2125带式输送机/台3 MPB - 200 /3115乳化液泵/套2 工艺流程端头斜切进刀 → 正常割煤 → 移架 → 推移输送机。 2 大倾角工作面煤壁片帮、顶板冒顶机理 通过对311工作面的地质条件进行深入研究分 析,认为有3个重要因素导致工作面大倾角仰斜开 采地段煤壁片帮、顶板冒顶。一是工作面仰斜开采 角度大,工作面最大仰采角度达到30,机组割煤 后,新裸露煤体自身的重力作用,极易造成煤壁片 帮;二是工作面仰采角度增大后,液压支架前移困 难,机组割煤后,顶板空顶时间长,顶板的重力作 用易造成煤壁片帮和顶板冒顶;三是工作面直接顶 板存在2条煤线,直接顶板呈复合顶板,完整性 差,顶板受采动影响易破碎冒顶。 针对导致311工作面大倾角仰采地段片帮、冒 顶的三大因素,应从提高煤岩体的稳定性着手,通 过锚注高分子材料对煤岩体加固来提高煤岩体的稳 定性,进而减少煤壁片帮和顶板冒顶发生概率与危 害程度,保证工作面的安全回采。 3 大倾角仰采工作面煤岩体加固方案 通过对工作面大倾角仰角开采煤壁片帮、顶板 冒顶机理分析,结合高分子材料发展,提出了采用 高分子材料加固工作面煤岩体的3个方案。 第一方案,超前工作面煤壁50 m,间隔一定 距离,利用钻机从工作面上下两巷向煤体施工深钻 孔,利用高压泵向煤体深钻孔内注高分子材料化学 浆,依靠化学浆的膨胀和黏结作用起到加固煤体作 用。该方案施工安全,但在工作面运输巷施工钻孔 困难,且煤体受采动影响小,化学浆难以渗透到煤 体中,效果较差。 第二方案,在工作面煤壁钻孔,安装非金属全 锚固锚杆,依靠锚杆的锚固作用提高煤体的完整性 能,控制煤壁片帮。该施工方案有一定效果,但需 要较大密度的非金属全锚固锚杆,工程量大,占用 时间长,对生产影响较大。 第三方案,在工作面煤壁分别向煤体和顶板施 工钻孔,在钻孔内布置注浆铁管,通过注浆管向煤 岩体注入高分子化学浆,依靠化学浆自身的发泡、 膨胀推动,化学浆材料渗透到煤岩体微细裂隙内, 化学浆材料与松散、破碎的煤岩体胶结在一起,提 高煤体和顶板岩石的完整性;另外,注浆管与煤岩 体紧紧粘在一块起到了全锚固作用,进一步提高了 煤岩体的完整性。该方案施工效果好,但投入资金 大。 综合比较3种方案,决定选用第三种方案。 4 大倾角工作面煤岩体加固方案实施 411 技术方案 1 311综采工作面大倾角仰采选用马丽散N 材料作为加固煤岩体的高分子化学材料,该材料由 7 2008年第2期 煤 炭 科 学 技 术 第36卷 2种聚亚胶脂产品成份组成,渗透性强、黏度高, 能很好地渗入细小的裂缝中;极好的黏合能力与煤 岩体形成很强的黏合;反应迅速,易于渗透到煤岩 层的深处;有可压缩性,可随顶板运动而变形,并 保证有效的固结密封;非常坚固,足以承担煤岩层 的高压,同时足够的韧性承受岩层的位移。 2 注浆钻孔采用煤帮眼与顶板穿层眼联合布 置,钻孔布置如图2所示。煤帮眼深度4～6 m, 开孔距顶板015 m,斜向上终孔到煤层顶板,眼间 距3～5 m,第二天注浆眼与第一天注浆眼交错布 置,眼角度根据煤层倾角进行调整,终孔必须穿到 煤层顶板;顶板穿层眼深度4 m,斜向上穿过顶板 第一道煤线,与煤帮眼错开布置。 图2 311工作面注浆孔剖面布置 3 注浆管选用2 m长的 20 mm钢管,钢管 之间依靠丝扣联结,注浆管封孔采用袋式封孔,袋 式封孔由蛇皮管、布袋组成,袋式封孔方法示意如 图3所示。 图3 袋式封孔示意 4 注浆压力控制在3～5 MPa。 412 施工工艺 1 工艺流程标孔 → 钻孔 → 检查钻孔质量 → 安装注浆管和封孔器 → 封孔 → 准备浆液 → 开泵注浆 → 凝固 → 检查注浆质量 → 验收。 注浆工艺流程示意如图4所示。 2 施工机具。钻孔由气动螺旋式探煤钻和锚 索钻机配相应的接长钻杆和钻头施工。打眼施工时 应保持孔角度、深度等符合设计要求。钻头直径 42 mm。 图4 注浆工艺流程示意 3 注浆泵采用进口多功能专用气动双液QB - 12型注浆泵;配套供风管直径为10 mm,高压 管20 m;出浆管直径为10 mm,高压管20 m。 413 施工安全措施 1 工作面采高控制在215～218 m,液压支架 初撑力不低于25 MPa,支架前梁抵住煤帮,并将 支架护帮板打开升紧。 2 进入煤帮施工前要严格执行敲帮问顶制 度,一人观顶,一人找顶,必须站在有支护的安全 地点进行操作,找顶使用长把专用铁质工具,从上 向下依次进行。 3 进入煤帮施工前必须停止工作面输送机、 机组运转,并闭锁。严格执行谁停电、谁送电制 度,要挂停电牌并派专人负责看管,得不到施工负 责人允许严禁送电、开车。 4 人员在煤帮工作时,必须关闭工作地点范 围内支架的截止阀,防治人员误操作综采支架。 5 人员在煤帮工作时,要在支架顶梁或前梁 下作业,要选择顶板完好,支架完整,无片帮,冒 顶危险的安全地点进行,并派专人观察顶板、煤 壁、支架等情况,一旦发现煤壁松动、注浆压力突 然升高等异常情况,应立即停止工作,撤出人员。 6 注浆施工人员要佩戴防护胶手套、眼镜, 非专职人员不得操作注浆泵。 7 注浆施工期间,注浆孔周围3 m,除规定 人员外其他人不得靠近,严禁任何人员从注浆孔前 通过。 8 如浆液不慎溅到皮肤上和眼睛内,应立即 用大量清水冲洗,严重者应立即就医,人体不得接 触化学注浆液。 5 工作面机电设备改造 311工作面较大倾角的仰采给工作面机组、输 送机的正常使用带来了困难,造成机组滑靴损坏、 机组滚筒割支架前梁、机组挖底量不够以及输送机 开工不足等问题。针对这些问题进行了多次探讨分 下转第54页 8 2008年第2期 煤 炭 科 学 技 术 第36卷 表4 工作面粉尘浓度测定mg/m3 地 点 注水前 打眼 总尘 打眼 呼尘 放炮 总尘 放炮 呼尘 攉煤或 装运总尘 攉煤或 装运呼尘 注水后 打眼 总尘 打眼 呼尘 放炮 总尘 放炮 呼尘 攉煤或 装运总尘 攉煤或 装运呼尘 53311采煤工作面228164281192254222493858465342 20308工作面回风巷192132223153216201423453394835 注测尘地点均位于距工作面20 m处的回风流巷道中。 6 结 论 1 煤层注水技术作为当今煤矿井下较为成熟 的治灾技术,芙蓉煤矿首次运用、研究并选用了适 合本矿特点的工艺及参数,为该矿治理瓦斯、防治 煤炭自然发火、减小粉尘危害探索出了新的途径和 方法,并对该矿今后的防灾治灾工作提供了长远的 指导,社会、经济效益显著。 2 煤层注水不仅可作为局部防灾治灾措施, 也可作为区域性安全技术措施,为保证防灾治灾效 果,应合理选择和确定注水参数,并对注水效果进 行考察和验证。 3 与其他灾害治理技术相比,煤层注水技术 工程量相对较小,施工工艺简单,工效高,效果 好,是一种安全、高效、经济、适用的综合防灾治 灾措施,推广运用前景十分广阔。 参考文献 [1] 吴立中 1矿井通风与安全[M ].徐州中国矿业大学出版 社, 1989. [2] 于不凡 1煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M ].北京 煤炭工业出版社, 2000. 作者简介李伟雄1966 - ,男,四川宜宾人,通风工程 师,现任四川省芙蓉煤矿通风科科长,长期从事煤矿通风安全与管 理工 作。Tel0831 -4096447,E - mailzhangxingquanjia 1631com 收稿日期 2007 - 10 - 15;责任编辑王晓珍 上接第8页 析,提出了解决办法并付诸实施。 1 调整托缆架上螺丝安装位置,向煤帮移动 100 mm,避免机组外牵引挂线架子夹板,避免托 缆架绊支架。 2 煤壁侧滑靴加长200 mm,增加采煤机的稳 定性。 3 降低煤壁侧滑靴和滑靴座的高度92 mm, 使采煤机机身走向方向顺时针固定调斜6 左右, 以降低采煤机的仰采角度,改善采煤机工作时的受 力状况及工作面推溜移架工况。 4 改造采空区侧导向滑鞋,增加导向滑鞋靠 煤避侧耐磨面厚度6 mm,在仰采的工况下,增加 其强度和耐磨寿命。 5 更换大坡度段带式输送机,将普通输送带 更换成带横纹的输送带,增加输送带的摩擦阻力, 提高输送带上山带煤能力。 通过182311工作面煤岩体锚注加固,化学浆 与疏松的煤岩体黏合在一起,再加上注浆钢管的锚 固作用,使得工作面煤岩体的完整性得到了提高, 避免了工作面冒顶事故,保证了311工作面大倾角 倾斜开采的安全进行。 通过311工作面煤岩体锚注加固,顺利回采通 过了大倾角仰斜开采段,避免了工作面搬家倒面, 与整体搬家倒面方案比较,可创经济效益6 000万 元,经济效益显著。 通过311工作面煤岩体锚注加固,实现了工作 面连续生产,保证了矿井生产任务的完成。 参考文献 [1] 陈炎光,钱鸣高 1中国煤矿采场围岩控制[M ].徐州中 国矿业大学出版社, 1994. [2] 综采生产管理手册 编委会 1综采生产管理手册[M ]. 北京煤炭工业出版社, 2001. 作者简介李文昌1960 - ,男,河北邯郸人,高级工程 师,中国矿业大学北京博士研究生,多年从事煤矿开采工作。 Tel 13930014599, 收稿日期 2007 - 11 - 18;责任编辑曾康生 45