综采工作面过陷落柱技术研究与实践.pdf

2 0 2 0年第0 6期 综采工作面过陷落柱技术研究与实践 王 斌 汾西矿业中兴煤业, 山西 交城 0 3 0 5 0 0 摘 要 2 3 1 1综采工作面开采期间揭露陷落柱, 为保障工作面安全回采, 根据工作面水文地质条件, 采取相应的技 术措施, 例如大倾角工作面支架防倒, 超前注浆、 支护, 优化开采工艺等, 安全顺利通过陷落柱, 杜绝了透水 等安全事故的发生。 关键词 大倾角; 综采开采; 陷落柱 中图分类号 T D 8 2 3 D O I 1 0. 1 9 7 6 9/j . z d h y . 2 0 2 0. 0 6. 0 5 8 陷落柱是华北地区煤炭开采时常遇地质构造, 一般 情况下矿井回采工作面过陷落柱采取跳采方式[ 1 - 2]。但 是这种过陷落柱方式需要重新掘进巷道, 且造成大量的 煤炭资源浪费。根据陷落柱以及采面开采情况, 选择合 理的回采工作面过陷落柱技术, 对提升矿井煤炭开采效 率及生产效益都有一定的促进作用[ 3 - 4]。文中以2 3 1 1综 采工作面过陷落柱为工程背景, 对采面采取的过陷落柱 技术进行详细阐述, 以期为其他矿井采面过陷落柱提供 一定指导。 1 工作面概况 2 3 1 1综采工作面地面标高为9 4 9. 39 5 5. 2 m, 工作 面 标 高 为4 1 9. 3 5 1 5. 7 m, 埋 深4 3 6. 6 5 2 3. 9 m。开采3煤层, 厚度为5. 9 2 m, 工作面内煤层 未发育夹矸。煤层倾角0 1 8. 5 , 可采指数1. 0, 变异系 数7. 3, 煤层赋存稳定, 煤体容重1. 4 t/m 3, 煤层普氏硬 度0. 4。煤层瓦斯含量为6. 4 3 8 7 m 3/ t, 无瓦斯突出。煤 层顶底板岩性特征如表1所示。 表1 煤层顶底板岩性特征 岩层名称厚度/m厚度均值/m岩性描述 细粒砂岩0. 8 49. 1 2 5. 2 以灰色石英为主,长石次 之,局部裂隙发育 粉砂岩 2. 9 13. 8 53. 3 4 以深灰色石英为主,含云 母、黑 色 矿 物,钙 质 胶 结 分选性差,斜坡状层理不 明显,内部含有部分泥质 结核 3煤5. 9 25. 9 2 黑色,结构简单,半坚硬 粉砂岩 1. 9 12. 4 72. 1 2 以深灰色石英为主,含黑 色矿物 砂质泥岩3. 4 81 0. 3 6. 9 7 以灰色石英为主,局部裂 隙发育 2 工作面陷落柱揭露情况 2. 1 陷落柱揭露情况 皮顺距切眼北帮1 1 2. 3 m位置发育有X 6 3陷落柱, 陷落柱长轴4 0. 7 m, 短轴1 5. 3 m, 回采范围内, 顶底板破 碎, 煤层酥软, 涌水量增大。预计工作面回采至距切眼北 帮1 0 7. 4 m位置时, 距皮顺9. 6 m位置率先揭露该陷 落柱。 2. 2 水文地质情况 根据瞬变电磁勘探结果显示 皮顺正上方发育有两 处3煤顶板富水异常区, 四处K 8富水异常区, 一处 K 1 0富水异常区; 轨顺正上方发育有两处3煤顶板富水 异常区, 一处K 8富水异常区, 两处K 1 0富水异常区; 新 切眼上方发育有一处3煤顶板富水异常区; 工作面内部 发育有一处3煤顶板富水异常区。预计正常涌水量为 3 0 m 3/ h, 最大涌水量为6 0 m 3/ h。 另该工作面属于承压开采区域, 3煤底板标高为 4 1 9. 35 1 5. 7 m, 煤矿奥灰水水位标高为6 3 9 m, 带 压高度为1 2 3. 32 1 9. 7 m高水柱, 工作面隔水层厚度为 1 2 0. 8 4 m,3煤承压3. 3 MP a, 突水系数0. 0 2 7 MP a/m。 该工作面西邻余吾矿, 现余吾矿采掘活动距本工作面距 离较远, 对工作面回采无影响。 3 过陷落柱技术 3. 1 支架防倒 大倾角工作面回采, 支架防倒是关键[ 5]。主要防倒 措施有以下几个方面 1 排头架防倒 在排头1架帮打设单体柱进行辅 助防倒; 排头支架上斜拉式防倒装置。 2 机头段联网 机头-1 5 0架联网, 增强顶板完整 性, 后经试验一周后改为机头-5 0架联网。 3 排头4组架安装防倒油缸和摆架大链。 4 对普通支架进行设备改造, 每7组支架增加防倒 千斤顶和防倒链。 3. 2 超前注浆与支护 为防止陷落柱影响区域顶板离层、 煤墙片帮宽, 组织 专业队组在陷落柱影响范围内加注化学改性水泥浆, 加 强煤墙顶板管理[ 6 - 8]。为保证回采期间陷落柱不发生透 水, 在陷落柱影响范围内加注水泥和水玻璃。为防止陷 151 创新与交流 自动化应用 收稿日期 2 0 2 0 - 0 4 - 0 7 作者简介 王斌 1 9 8 4 , 男, 山西孝义人,2 0 1 7年毕业于山西省太原理工大学采矿工程专业, 本科, 现为助理工程师。 2 0 2 0年第0 6期 落柱煤岩结合处因回采导致片帮漏顶, 在陷落柱机头靠 老塘方向煤岩结合面处加注5 t大成加固料。 过陷落柱前, 队组及时领取工字钢, 在原有的工字钢 棚前 老塘方向 2 0 m, 后 回采方向3 0 m范围内, 在“ 一 梁两柱π形钢抬棚” 的基础上, 每两根大板之间套一根工 字钢进行加密支护。同时, 利用检修时间和仓满时间, 及 时组织人员对工字钢棚进行替棚, 主动维护顶板。 3. 3 工作面调斜, 防止大溜下滑 大倾角采煤防止大溜下滑的关键是调斜, 因该工作 面设计为负伪斜, 皮顺比轨顺长6 m, 回采时皮顺比轨顺 最少要多推进2 7 m才能完成调斜, 结合现场情况, 采用 “ 大调斜” 思路, 即持续错机头、 偶然错机尾, 错机尾作为 调节工作面直线, 当机头推进2 4 m, 机尾推进2. 6 m时, 前溜下滑达最大值8 3 0 mm后, 大溜的上窜下滑得到有 效控 制, 并 开 始 缓 慢 向 机 尾 方 向 窜 动; 当 机 头 推 进 2 8. 8 m, 机尾推进2. 6 m后, 前溜下滑达7 7 0 mm; 当机 头推进6 0. 8 m, 机尾推进2 2. 9 m时, 前溜下滑5 8 0 mm, 工作面调斜完成, 经计算该工作面伪倾角控制在5 , 大溜 开始向机尾窜动; 当机头推进7 8. 4 m, 机尾推进4 4. 7 m, 前溜下滑4 0 0 mm, 开始甩机头 错1个机头2个机尾 , 机尾向机头单向顶溜; 当机头推进1 1 4. 4 m, 机尾推进 8 7. 9 m时, 机头长短调整至最佳, 并全部完成支架的调 向, 开始过陷落柱。 3. 4 优化割煤工艺, 适应工作面变化 初采开始采用下行单向割煤, 机头向机尾单向顶溜 配合使用防窜链 前溜7组、 后溜5组 , 使工作面支架和 大溜尽快地掉向。 当机头推进7 4. 4 m时, 试验双向割煤, 因工作面坡 度较大, 机组上行割煤过程中, 机组牵引电流达1 3 6 A, 试 验6刀煤后, 改成单向下行割煤。 当机头推进7 8. 4 m时, 前溜机尾距外帮煤墙1 m, 开始甩机头 错1个机头2个机尾 , 机尾向机头单向 顶溜。 当机头推进1 2 0 m时, 工作面开始过陷落柱, 随即组 织煤墙打眼爆破, 为缩短空顶时间, 又调整为双向割煤。 在过陷落柱前发现巷道底板特别软, 为了预防倒架, 考虑 到煤墙内底板注过水泥相对巷道底板强度高, 在调整伪 斜时尽量让支架在煤墙内底板上推进, 也取得了较好 效果。 当机头推进1 3 6. 8 m时, 工作面过完陷落柱, 继续调 整为下行单向割煤, 从机头向机尾方向顶溜。 3. 5 过陷落柱工艺优化 机头段陷落柱区域出现了不同厚度的岩石需要进行 放炮, 进行了两方面的优化 1 对 炮 眼 布 置 方 式 进 行 优 化, 将 原 炮 眼 间 距 由 1. 5 m优化为1 m, 解决现场松动的石头块度过大, 人工 破碎频繁的问题。 2 合理解决放炮和割煤的冲突, 检修班利用检修时 间打眼放炮, 把以前的单向下行割煤改为双刀割煤, 这样 机头陷落柱放炮后, 生产班可以保证2刀煤, 实现了正规 有序的生产组织。 3. 6 强化现场管理 强化现场工程质量管理 1 移架后, 要求支架接顶严实, 相邻支架顶梁平整, 无明显错差 不超过 顶 梁 侧 护 板 高 的2/3 , 支 架 不 挤 不咬; 2 支架前梁 伸缩梁 梁端至煤壁顶板垮落高度不 大于3 0 0 mm; 3 支 架 成 一 条 直 线,5 0 m拉 线 误 差 不 超 过 5 0 mm; 4 支架顶梁与顶板平行, 最大仰俯角不大于7 ; 5 支架垂直顶底板, 歪斜不大于5 该数据参照每 刀煤验收员测量支架倾斜度, 倾斜度一旦大于切眼自然 坡度, 必须在下一循环进行摆架, 并对上一循环考核 ; 6 支架活柱部分控制在2 0 08 0 0 mm范围之内; 7 支架中心距误差不超过1 0 0 mm, 侧护板必须保 证正常使用; 8 正规架架间隙不超过2 0 0 mm, 排头 尾 架间隙 不超过3 0 0 mm, 超过规定及时打出侧护板护顶或架抬棚 防止架间漏顶。 4 结语 此次大倾角综采工作面过陷落柱施工, 采用了有效 的技术手段, 保证回采期间陷落柱不发生透水, 在工作面 开采时安全顺利地通过了陷落柱构造, 促进各项环节管 控向好的趋势发展, 为矿井类似地质构造条件下的开采 提供了较好的技术支撑和积累丰富的经验。 参考文献 [ 1] 闫俊杰.大倾角煤层综放工作面过陷落柱群关键技术研 究[ J].煤,2 0 1 6,2 59 2 5 - 2 6,3 7. [ 2] 白 文 彪.大 倾 角 综 采 工 作 面 过 陷 落 柱 回 采 技 术 研 究 [ J].河北煤炭,2 0 1 1, 6 2 9 - 3 0. [ 3] 秦渤.大倾角俯斜综采过陷落柱技术研究与实践[J].机 械管理开发, 2 0 1 8,3 33 9 6 - 9 7. [ 4] 尹尚先, 连会青, 刘德民, 等.华北型煤田岩溶陷落柱研究 7 0年 成因 机 理 防 治[J].煤 炭 科学 技术,2 0 1 9,4 7 1 1 1 - 2 9. [ 5] 蔡红博.石炭系特厚煤层综放工作面过大型陷落柱方法 [ J].煤,2 0 2 0,3 93 6 1 - 6 2. [ 6] 陈 帅.霍 尔 辛 赫3 6 0 5综 放 工 作 面 过 陷 落 柱 采 煤 方 法 [ J].煤矿现代化,2 0 2 01 4 2 - 4 4. [ 7] 李振发.综放工作面过陷落柱支架稳定性控制技术研究 [ J].西部探矿工程,2 0 1 9,3 11 2 9 1 - 9 2. [ 8] 班 忆 非.大 倾 角 综 采 工 作 面 的 防 倒 滑 关 键 技 术 研 究 [ J].当代化工研究,2 0 2 0, 2 8 7 - 8 8. 251 自动化应用 创新与交流