段春阳
(山西华阳集团新能股份有限公司,山西 阳泉 045000)
景福煤矿150503放顶煤工作面位于矿井井田新区中西部,西部为井田边界(邻矿博大京鲁煤矿),南部为未采区域,东部为阳泉上社二景和二景和谐煤矿,北部为F3断层。15号煤层工业资源/储量为3 505.6万t,设计资源/储量为2983万t,设计可采资源/储量为1 743.97万t。在过去的开采过程中,发现工作面的冒顶发生次数较多,严重威胁到工人的生命安全。为了保证工作面的安全开采,设计了一系列的顶板管理技术措施[1-3]。
直接顶类别为2类(中等稳定),老顶520<Pmo≤620,属于Ⅱ级,则150503工作面采空区顶板易垮落。根据150503工作面地质条件及邻近已采工作面老顶来压情况,确定本工作面顶板来压步距如下:直接顶初次垮落步距为12~22 m,老顶初次垮落步距为35~45 m,老顶周期来压步距为18~25 m。
根据150503工作面地质条件及相邻已采工作面顶板跨落状况,工作面顶板不属于坚硬顶板,初采期间采取顶板预裂措施后,无需强制放顶。采空区顶板悬顶面积过大,也会给安全生产带来极大隐患。为了预防这种情况,在150503工作面采取顶板预裂措施。顶板预裂爆破方案如下:工作面共布置钻孔25个,钻孔垂直工作面切眼布置,钻孔长度为30 m,仰角60°,钻孔采用直径为56 mm 的钻头进行钻进,钻孔方向与150503工作面推进方向一致。
工作面采用放顶煤液压支架支护顶板,其中工作面两端头分别安设型号为ZFG6500/18/30端头液压支架共6组(端头、端尾各3组),型号为ZF5000/17/28中间架一共布置137组。支架工作阻力可满足顶板压力要求。
工作面顺槽超前支护方式采用DW3.5-200/100型单体支柱加4.2 m大板配合4.2 mπ型梁棚联合支护,且支护距离不少于30 m。若遇顶板异常,视实际情况确定。端头排头架外帮使用迈步抬棚管理顶板,距排头架外帮0.2~0.5 m,平行巷道方向布置,π型钢长度为4.2 m,单体柱打设方式为“一梁三柱”,棚距0.1~0.2 m,单体柱间距分别为(2±0.2)m、(3.5±0.2)m。当排头架(部分或全部)在巷道内,现场空间不足无法打设迈步抬棚的改用点柱。
工作面端头、尾支架外帮留有约2.0~3.0 m的空档,端尾支架外帮空档采用大板控顶。当端尾支架外帮空档超过1.6 m、低于2.0 m时,采用两端大板控顶;端尾支架外帮超过2.4 m时,采用三端大板棚管理。端头支架外帮空档采用大板棚管理。
两三角区与工作面平行方向各采用3组ZFG6500/18/30型排头架进行顶板支护。割煤后要及时打出伸缩梁、逼帮板护顶、帮,移架时严防倒架、垛架。每进一个循环后在端头、端尾各联一趟1×8 m2金属网,排头(尾)三组架各上一块4 m半圆木形成假顶。顶板破碎煤墙松软时根据现场情况适当加长联网长度,上大板加强顶板支护强度。联网操作顺序:停机闭锁前溜→支护好联网空间→挂网→联网→吊网,保证采煤机通行空间。
安全出口要随时进行清理,确保畅通。转载机外的列车拖移电缆要每班向超前支护外拖移,将弯曲段移动至超前维护外5 m,确保人行道净宽不小于0.8 m,净高不小于1.8 m,人员进出方便。端头、尾三角区里帮锚杆卸压后,要及时将煤墙逼好,作为禁区管理,防止人员误入或片帮煤伤人。
皮带、轨道顺槽的顶板破碎区域需要采用单体液压支柱和π型梁棚支护,并要加强对顶板的维护工作,维护时采用半圆或道木。在进行施工时,需要严格遵守煤矿安全规程,对巷道的矿山压力进行观测。在矿山压力出现明显显现的区域进行维护,主要是采用单体液压支柱进行加强支护。与此同时,在周期性来压期间,应该加强对顶板的管理,并做好预报工作。
皮顺巷道排头1#架尾梁末端往后老塘悬顶长度不超过4 m,轨顺巷道排尾1#架尾梁末端往后老塘悬顶长度不超过2 m。为防止老塘不及时垮落,采取退锚索、退巷道顶部外帮侧3个锚杆螺丝和外帮上顶角锚杆丝措施,保证老塘随采随落。
退锚位置和数量可视现场顶板压力和垮落情况适当进行调整。老塘悬顶长度超过标准必须停机进行处理。主要处理措施[4]:(1)锚索头炸开等客观原因无法正常退锚的,保证人员的安全下进行刺松托盘上顶煤,使锚索失效;(2)已退锚的,用绞车拉钢带进行放顶,人员要站在安全区域进行作业。如果采空区顶板不能及时垮落,要采用编织袋装煤进行充填,充填时不得砌墙,要实心充填。老塘中不得遗留任何铁器、杂物。回采过程中,根据顶板垮落情况,适当调整退锚索、锚杆螺丝数量,确保既满足顶板垮落需要,又能保证顶板支护强度。采取退锚杆螺丝放顶时,顶角锚杆螺丝不受外界影响时必须退掉。如果采空区小面积未垮落时采用填充的方法管理老塘。如果采空区顶板大面积不能及时垮落,要停止生产,制定专项放顶措施。
在距离松软带、破碎带50 m的区域,需要对液压支架的液压系统进行全面检查,保证支架能处于正常工作状态。与此同时,还应该提前准备所需要的材料,例如单体液压支柱、木材以及铁锹等工具。检查煤矿工作面的排水沟是否发生堵塞,保证工作面的排水顺畅。为了保证生产的安全性,在这个区域还应该降低工作面的采高,改变液压支架的移架方式。在移架后,应该保证支架接顶严实,保证支架具有足够的初始支撑力。
在通过工作面顶板破碎区域时,需要对液压支架进行提前升前梁。在支架的支撑力不能满足要求时,不再进行液压支架升架操作,要保证液压支架整体的平直。在出现煤壁片帮时,需要进行提前移架,使液压支架顶住煤壁,避免出现大规模片帮。若液压支架顶住煤壁后仍出现片帮,需要采用单体柱和道木进行顶住,以免出现片帮加深的情况。
工作面范围内有JX12、JX14 陷落柱存在,巷道布置时先用震动炮进行松动,直接掘进机掘进;回采时先用震动炮进行松动,直接采煤机进行回采。
根据矿方提供的地质勘探资料显示:150503工作面内部及周边范围内发育的地质构造有MF14号断层、MF25号断层、MF39号断层、MF41号断层、MF42号断层和MF43号断层。
工作面过断层期间,现场备足过断层的物资材料(如金属网、方木、小料等),在工作面敷设2路供风管路供风钻打眼,在运输巷形成1路压风管路供风镐破矸。工作面现场必须备足大板、小料、金属网等材料,以备支护顶板用。
在工作面过断层期间,应该加强施工管理。要检查液压支架的液压系统,以保证能提供稳定的初始支撑力,与此同时,泵站的压力不低于30 MPa。在工作面运行期间,应该保证两巷的支护状态良好,液压支架不出现咬架、压架以及欠底等问题[5],且液压支架的高度不能超过两侧护板的2/3,必须严格控制工作面的控顶距。在控顶距超过340 mm时,要及时地对液压支架进行移架,并要做好液压支架的接顶工作。若移架之后仍然不能减小控顶距,则应该采取其他措施来进行护顶。使用单体支柱支设好临时贴帮柱,拴好防倒绳,柱距0.75 m,初撑力不得低于1800 kN。严禁出现空顶、空帮。
为了保证回采的安全性,液压支架的初始支撑力应该不低于规定值的80%。若支撑力不能满足要求,应该查明液压支架的工作状态情况,如发现问题,则应该立即上报主管领导进行解决。与此同时,液压支架必须要接顶良好,并做好对煤壁的护帮工作。
通常情况下,破碎顶板和假顶要持续与液压支架的顶板保持接触状态,并控制最小的控顶距。回采工作面采高均匀,采高满足2.8 m。支架顶梁与顶板平行支设,最大仰俯角不大于7°,贴顶严密。根据工作面现场情况及以往工作面回采管理经验,150503工作面确定的最大梁端距不大于340 mm,可保证架前顶煤及煤墙支护安全有效,则工作面最大控顶距5250 mm及最小控顶距4450 mm。由于工作面沿煤层走向布置,且煤层属于近水平煤层,所以无须采取支架防倒、采煤机防滑措施。
景福煤矿的150503放顶煤工作在采取安全管理措施之前,冒顶发生的次数每个月在10次左右,而在采取一系列的顶板安全管理技术措施后,冒顶发生的次数每个月仅仅只有2次左右,下降了80%。由此可见,采用的安全技术措施有效。