王莊礦3803工作面安全收尾綜合施工技術(shù)研究

張俊杰

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 王莊煤業(yè)，山西 長治 047100)

工作面收尾是煤礦井工開采過程中一道重要工序，做好工作面停采工作，保證工作面順利收尾，對于煤礦安全高效開采至關(guān)重要[1-3]。工作面收尾涉及工作面鋪設(shè)聯(lián)網(wǎng)、回撤通道的支護(hù)以及破碎煤體的加固等系列化施工技術(shù)[4-6]，為此需要從綜合收尾施工技術(shù)角度考慮，形成綜合一體化工作面收尾工藝，對于煤礦工作面安全快速收尾，并順利轉(zhuǎn)接至下一工作面意義重大。在這方面研究中，楊欣圖[7]針對綜采收尾通道施工及圍巖維護(hù)時(shí)，出現(xiàn)施工速度慢及圍巖維護(hù)效果差等問題，提出對收尾通道采用錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)進(jìn)行維護(hù)；匡中文[8]研究了中厚煤層條件下柔性網(wǎng)快速收尾技術(shù)，有效提高了工作面收尾、回撤作業(yè)的安全性和效率；徐昕等[9]采用高強(qiáng)聚酯纖維柔性網(wǎng)代替金屬網(wǎng)進(jìn)行工作面回撤鋪頂，優(yōu)化了停采支護(hù)方案，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。綜合文獻(xiàn)分析，對于工作面收尾的研究取了一定成果，但是多集中于工作面收尾時(shí)某個(gè)方面的工藝研究，對于工作面安全收尾綜合施工技術(shù)有待進(jìn)一步分析。為此，本文以王莊礦3803工作面為工程背景，研究了工作面安全收尾綜合施工技術(shù)，解決了工作面過收尾期間所面臨的主要技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了工作面安全快速收尾。

1 工程概況

王莊礦主采3號(hào)煤層，煤層傾角1～6°，平均傾角4°，平均厚度5.0 m，主要回采3802工作面與8103工作面，巷道斷面尺寸為高×寬=5.0 m×4.0 m，采用綜合機(jī)械化采煤技術(shù)，全部垮落法管理頂板。煤層直接頂主要為泥巖與砂質(zhì)泥巖，基本頂為細(xì)粒砂巖，直接底為泥巖與砂質(zhì)泥巖，煤巖體綜合柱狀圖如圖1所示。

圖1 煤巖體綜合柱狀圖

3803工作面目前已推進(jìn)距停采線80 m左右處，工作面布置情況如圖2所示。

圖2 工作面布置圖

計(jì)劃在距停采線30 m時(shí),對工作面機(jī)頭機(jī)尾進(jìn)行調(diào)平，確保工作面機(jī)頭、機(jī)尾距停采線剩余距離相同，同時(shí)工作面做到“三直一平”。從上網(wǎng)位置開始至停采線以外10 m范圍，兩巷道采取補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，運(yùn)輸巷道在此范圍頂部進(jìn)行鋪設(shè)雙網(wǎng)并補(bǔ)打錨索，回風(fēng)巷道采取工字鋼支護(hù)；同時(shí)對該區(qū)域內(nèi)工作面煤壁側(cè)進(jìn)行注漿加固。為進(jìn)一步保證3803工作面收尾施工安全，需研究工作面安全收尾綜合施工技術(shù)。

2 鋪聯(lián)網(wǎng)施工技術(shù)

對于鋪聯(lián)網(wǎng)施工，在回風(fēng)巷道距離回撤通道20 m范圍內(nèi)及回撤通道處鋪設(shè)單層菱形網(wǎng)，菱形網(wǎng)一端距離工作面煤墻0.5 m，另一端沿頂板鋪設(shè)，多余菱形網(wǎng)固定在外側(cè)煤墻上部。距停采線18 m時(shí)，支架均不超前拉架，及時(shí)打出前探梁和護(hù)幫板，準(zhǔn)備進(jìn)行初次上網(wǎng)。上網(wǎng)時(shí)將第一卷纖維網(wǎng)通過刮板輸送機(jī)運(yùn)至工作面，纖維網(wǎng)進(jìn)入工作面后，將固定網(wǎng)片的鋼絲繩松開，利用手動(dòng)絞盤鋼絲繩勾起網(wǎng)邊，將纖維網(wǎng)邊與液壓支架伸縮梁端部連接，連接用16號(hào)鐵絲，雙股對折，每架連接一道。第一卷纖維網(wǎng)必須置入機(jī)頭超前內(nèi)，并與巷道預(yù)先鋪設(shè)菱形網(wǎng)拉緊掛好，相互搭接不小于500 mm，且孔孔相聯(lián)，采取雙絲三扣，擰緊鎖邊。吊起纖維網(wǎng)后，再進(jìn)行打設(shè)錨桿固定纖維網(wǎng)，每隔一組支架打設(shè)1根錨桿，將錨桿打設(shè)在纖維網(wǎng)網(wǎng)邊500 mm處，兩組支架間從大溜機(jī)頭方向向機(jī)尾打設(shè)。待第一卷網(wǎng)固定后，把網(wǎng)片用手動(dòng)絞盤起吊保證纖維網(wǎng)邊高于電纜槽300 mm.再用相同方法進(jìn)第二趟網(wǎng)，兩趟網(wǎng)間的搭接長度不得小于5 m，現(xiàn)場掛網(wǎng)情況如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場掛網(wǎng)情況

上網(wǎng)前的最后一刀煤、不頂溜、不移架。如頂板不好時(shí)，打出伸縮梁或者打起護(hù)幫板臨時(shí)支護(hù)頂板。在片幫比較嚴(yán)重的地方，可支設(shè)單體液壓支柱貼幫柱維護(hù)頂幫。當(dāng)煤層較軟、片幫嚴(yán)重時(shí)要及時(shí)注漿維護(hù)頂板，以防冒頂。

工作面巷道掛纖維網(wǎng)需配合采煤、移架協(xié)同進(jìn)行，具體施工過程如圖4所示。采煤機(jī)割煤前，將纖維網(wǎng)用手動(dòng)絞盤絞起，開始割煤，見圖4(a)；采煤機(jī)割煤后，松開手動(dòng)絞盤將纖維網(wǎng)放下，然后跟機(jī)拉架，打出護(hù)幫板，見圖4(b)；拉架后，將纖維網(wǎng)用手動(dòng)絞盤絞起，采煤機(jī)進(jìn)行下一輪割煤，見圖4(c)。

圖4 纖維網(wǎng)配合采煤與移架作業(yè)圖

3 工作面上鋼絲繩施工技術(shù)

當(dāng)工作面距停采線13.5 m時(shí)，即推進(jìn)5刀煤后開始平行于工作面上鋼絲繩，鋼絲繩規(guī)格為D28 mm×210 m.將鋼絲繩平行于工作面拉直，聯(lián)到支架護(hù)幫板下的纖維網(wǎng)上，間距800 mm，鋼絲繩與纖維網(wǎng)每隔300 mm聯(lián)一孔。鋼絲繩上至收尾結(jié)束時(shí)，支架頂梁上6趟，尾梁上5趟，最后一趟鋼絲繩距離底板1.5 m左右，鋼絲繩要穿過機(jī)頭、尾巷道，與巷道頂網(wǎng)、外側(cè)幫網(wǎng)聯(lián)接牢固。當(dāng)工作面距停采線4 m時(shí)，停止移架。需要注意拖移鋼絲繩時(shí)，必須從滑輪鋼絲繩與纖維網(wǎng)之間通過，便于聯(lián)鋼絲繩，拖繩前先將所有滑輪鋼絲繩全部放下，確保網(wǎng)片落地，然后護(hù)幫板打好護(hù)好幫，關(guān)閉支架進(jìn)液截止閥、閉鎖停電大溜，然后方可進(jìn)行拖繩。工作面快速收尾施工工序如圖5所示。

圖5 工作面快速收尾施工工序圖

4 回撤通道支護(hù)方法

工作面收尾期間運(yùn)輸巷道與回風(fēng)巷道均采用超前支架進(jìn)行支護(hù)，必須確保超前支架達(dá)到初撐力，并且升緊支架，隨工作面外移。工作面機(jī)頭、機(jī)尾過渡架3～5架區(qū)域，距離停采線4 m時(shí)工作面停止推進(jìn)，支架均不超前移架，然后在工作面擴(kuò)回撤通道，對巷道頂板采取錨(索)+工字鋼吊梁加強(qiáng)支護(hù)，巷道煤壁側(cè)采取單體液壓支柱+加密錨桿加強(qiáng)支護(hù)，回撤通道支護(hù)斷面如圖6所示。

圖6 回撤通道支護(hù)斷面圖(mm)

回撤通道頂板采用D20 mm×2 400 mm高強(qiáng)度的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為850 mm×1 000 mm，同時(shí)在頂板布置4 m長的三孔11號(hào)礦用工字鋼，頂幫角處錨桿距巷道幫部300 mm；頂錨索采用D18.9 mm×6 300 mm高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索，樹脂加長錨固，鉆孔直徑27 mm，采用1支k2335和2支Z2360低粘度樹脂藥卷錨固。錨索間排距為1 750 mm×2 000 mm，錨索垂直于頂板布置。打設(shè)的錨索必須用雙10號(hào)鉛絲成十字形捆綁錨索吊掛在金屬網(wǎng)上，把鎖具及托盤捆綁在鉛絲范圍內(nèi)，防止頂板來壓崩斷錨索傷人及損壞設(shè)備。

5 工作面收尾時(shí)煤壁注漿加固方法

工作面收尾過程中，易造成煤壁松軟破碎，導(dǎo)致冒頂事故發(fā)生，如果工作面煤壁片幫深度超過1.5 m，頂板破碎、垮落高度小于1.5 m時(shí)及時(shí)采取注漿加固的方式加固煤壁。結(jié)合現(xiàn)場及鉆孔條件，距巷道底板及頂板各1.5 m處鉆鑿1排注漿鉆孔，注漿孔間距3.5 m，排間鉆孔采用菱形布置，布置方法如圖7所示。

圖7 工作面注漿鉆孔布置

注漿鉆孔直徑為42 mm，鉆孔與煤壁水平面夾角為15°，鉆孔深度為6 m，孔口封口長度為2 m.采用風(fēng)動(dòng)錨頭打孔，注漿孔外面接注射管，再接封孔器，里面注射管，因煤層裂隙非常發(fā)育，單孔注漿量較大，每孔注漿量在100～120桶。首次注漿完成后進(jìn)行工作面推進(jìn)時(shí)，可能造成初始注漿返料問題，導(dǎo)致注漿效果不理想，這時(shí)隨工作面推進(jìn)應(yīng)加強(qiáng)煤幫側(cè)及頂板的管理。工作面過斷層時(shí)，一次注漿加固完成后，工作面安全推進(jìn)長度達(dá)4 m時(shí)，要立即進(jìn)行下一個(gè)注漿工序，直至工作面巷道頂板及煤壁穩(wěn)定性轉(zhuǎn)好為止。

6 結(jié) 語

為保障王莊礦3803綜采工作面安全收尾，研究給出了該工作面安全收尾綜合施工技術(shù)，包括工作面鋪聯(lián)網(wǎng)施工技術(shù)、工作面上鋼絲繩施工技術(shù)、回撤通道支護(hù)方法及工作面收尾時(shí)煤壁注漿加固方法，保障了工作面回撤通道的穩(wěn)定，有效避免了煤壁片幫危害的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了工作面快速安全收尾，為類似礦山工作面停采收尾提供工程指導(dǎo)。