大采高“三软”煤层综采工作面快速末采实践

韩建锋

(山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 寺河矿,山西 晋城 048205)

目前,寺河矿正处于“一矿两井”开采阶段,面临着西井区较东井区瓦斯含量更大、“三软”煤层发育双重性开采现状。文章以典型西二盘区W2302工作面为工程实践背景,总结探讨大采高工作面快速末采技术方案经验和安全措施,为寺河矿东、西两井打造高瓦斯千万吨精品矿井提供技术支撑,同时也给晋城矿区西部新建特大型矿井类似工作面安全、顺利、快速通过构造提出参考依据。

1 工作面背景

W2302工作面倾斜长度为295.3 m,走向长度为904.2 m,煤层厚度6.3 m。末采前已提前施工主撤通道,通道高4 m,宽3.8 m。根据坑透及现场综合分析,2#坑透异常区:影响范围为推进度180 m～247.2 m之间,坑透显示场强衰减值为-10～-20。根据此区域的千米钻孔及地质资料综合分析,该坑透异常区受向斜轴部的影响,为应力集中及顶板破碎带,此区域的软煤发育、顶板较破碎,瓦斯赋存异常,回采时,将会出现片帮、冒顶等现象。

2 工作面快速末采技术措施

为保证该工作面在“三软”煤层快速高效的末采,在充分利用以往末采经验的基础上,结合本工作面实际地质条件,确定采用工作面沿顶抬底调整采高,同时在工作面软煤区片帮大的区域、两顺槽三角区注浆加固煤体的工艺。主要涉及末采准备工作、煤体加固注浆、末采工艺、安全管理等方面。

2.1 末采准备工作

工作面推进剩余14 m开始末采上网。现场以地测实测进度,在工作面两顺槽距主撤通道里帮15 m～0 m挂牌标记。较以往经验,末采临近主撤,采场周围煤体扰动大,顶板压力显现明显。末采前及末采期间必须加强工作面两顺槽顶帮支护管理,补强支护、保证超前支护直线度和初撑力。末采前要求对工作面所有支架进行检查,确保作业时支架不漏液、不窜液、不自动卸载,保证支架动作灵敏、可靠。末采前将末采所用材料全部准备到现场。末采上网前1 d～2 d,提前将工作面支架绞盘安装完毕,支架顶梁小滑轮吊挂到位。上网前一天,将网运输到顺槽巷道内。末采上网停机前,将采煤机停在50#架—60#架,并将30#架—60#架范围采煤机扫出空刀,以便于调整上网时采煤机能够前后移动。

2.2 煤体注浆加固

两顺槽注化学浆维护三角区,注浆眼距5 m,眼深8 m,眼高2.5 m,注浆眼角度向上15°。主撤加固采用水泥浆和化学浆配合的方式。工作面推进剩余100 m时,先在主撤埋管注水泥浆,眼深20 m,眼距10 m,眼高2.5 m,角度15°。在推进剩余50 m时,注化学浆,眼深8 m,角度30°,高度2.5 m。工作面注浆加固:为保证14 m顺利上网,工作面推进至17 m左右时,停机进行注浆,眼深6 m,眼高2.5 m,每5个支架施工1个注浆眼。注浆量控制在每孔2 t,或压力达到10 MPa。

2.3 末采工艺

末采工艺是整个工程的核心工序,其合理安排直接影响顺利末采。采用“煤矿井下用聚酯纤维增强塑料网假顶”进行末采。此网片沿倾斜方向使用四卷网,长度均为83 m,总共332 m,沿推进方向长度16 m,其中前5 m采用JD PET 600×400 MS的网片,后11 m采用JD PET 800×800 MS网片,为增加网的强度。网片中由厂家直接编好Φ12.5 mm的镀锌钢丝绳8趟。末采工艺流程图见图1。

图1 末采工艺流程图Fig.1 Process flow chart of final production

其中关键步骤中柔性网配合采煤、移架的过程如图2-图4所示。

图2 采煤机割煤前,将纤维网用手动绞盘绞起,开始割煤Fig.2 Before the cutting of coal cutter (the fiber net is winched with a manual capstan to start cutting)

图3 采煤机割煤后,松开手动绞盘将纤维网放下,然后跟机拉架Fig.3 After the cutting of coal cutter (the fiber net is put down by loosing the manual capstan to pull back the bracket)

图4 拉架后,将纤维网用手动绞盘绞起,采煤机返机清浮煤Fig.4 After pulling the bracket (the fiber net is winched by the manual capstan and the coal cutter returns to clean float coal)

2.3.1采高管理

保证上网的安全快捷,采高则是一个关键参数。因煤体酥软,顶煤留不住,采用“抬底端顶”方式,即将工作面底板适当抬起,留0.5 m～1.0 m厚底煤,支架顶梁端直接顶，且保证采高降低到5.0 m～5.5 m之间。采用抬一刀平一刀的方法。施工方便,同时能够使支架处于一个良好的支撑高度和支护效果。当煤层厚度不断发生改变时,对采煤机司机调整采高及工程质量会提出更高的要求。严禁出现台阶、陡坡、凹坑而导致的倒架、歪架现象,同时每次拉架时支架工利用提底千斤提底，以防止支架钻底。上网后,必须再次将底板调整,保证末采期间底板留煤不超过0.5 m,便于设备的回撤。

2.3.2施工上网锚杆

为保证上网安全、在每个支架护帮板之间煤帮施工2个～3个树脂帮锚杆护帮,每架施工一个顶锚杆作为挂网吊点的顶锚杆,顶锚杆采用Φ18-M20-2 000 mm特制圆钢锚杆,并且在锚杆外露部分安装一头开口的马蹄,方便挂网。施工时,在工作面安装12台顶钻、18台帮钻,三人一台顶钻,两人一台帮钻。4 h可施工完毕。若工作面出现连续数架顶板破碎无法施工锚杆时,可在顶板破碎段两侧前梁位置施工4.4 m锚索作为吊点,使用40T链将2寸钢管吊于两侧锚索上,用2寸钢管作为上网的吊点。

2.3.3运输机运网方法

采用工作面刮板输送机逐卷进网的方式,进一卷挂一卷。使用40T链将网头与刮板运输机链条竖环联接，然后启动运输机运网。

2.3.4割煤贯通

上网后割煤贯通过程中,利用联接网头和检修设备期间，对工作面煤体破碎、片帮严重区域再次进行加固注浆。如仍然片帮大、顶板破碎造成冒顶,第一时间停运刮板输送机，使用单体柱戗在支架顶梁与护帮板之间,形成一个三角形支点逼住煤帮，防止大量矸石冒落压死刮板运输机。开机后用采煤机割底刀通过顶板破碎带。

3 安全管理

为了确保W2302(西段)工作面末采贯通工程的安全顺利施工,W2302(西段)工作面末采贯通专项辨识,共辨识出安全风险32项,其中重大安全风险2项,较大安全风险7项,一般风险4项,低风险19项,并针对各项安全风险制定了管控措施,保证了末采有效进行。

4 结束语

寺河矿W2302大采高工作面末采14 m停机上网至末采结束共计3 d时间。未发生任何人员伤亡事故,具有明显的经济效益和社会效益。大采高“三软”煤层末采工艺的成功实践,为类似地质构造条件开采积累了宝贵的经验和提供了有效的安全技术。