呂 謀

(神華神東煤炭集團保德煤礦,山西 保德 036600)

保德煤礦綜放工作面過頂板高壓區(qū)及破碎帶技術(shù)研究

呂 謀

(神華神東煤炭集團保德煤礦,山西 保德 036600)

通過對工作面設(shè)備選型、礦壓顯現(xiàn)分析、工作面周期來壓步距參數(shù)及強度參數(shù)分析,對工作面過頂板高壓區(qū)和破碎帶的頂板管理制定出具體管控措施,并針對井下現(xiàn)場條件及設(shè)備性能,對現(xiàn)有設(shè)備如何改造給予了合理化建議,可為相似礦井提供參考。

綜放工作面;破碎帶;礦壓顯現(xiàn);高壓區(qū)

綜采放頂煤開采在我國煤炭開采中得到廣泛的應(yīng)用[1-5]。在綜放開采過程中,工作面常常會遇到復(fù)雜的地質(zhì)條件,例如頂板高壓區(qū)、破碎帶。目前,對綜采工作面頂板的管理已基本實現(xiàn)科學化和技術(shù)化,頂板事故的發(fā)生已被控制在最小的范圍內(nèi),但個別工作面因地質(zhì)條件的惡劣及管理上的漏洞,漏頂事故還未被徹底杜絕[6]。針對具體工況,工作面如何順利的推進,是保證煤炭安全開采的重要問題。

保德煤礦81304綜放工作面是保德煤礦三盤區(qū)深部進入深部區(qū)開采以來第一個采用綜采放頂煤開采技術(shù)的綜采工作面,工作面受三盤區(qū)古河流沖刷影響,回采區(qū)域局部頂板無直接頂,工作面頂板巖性變化較大,特別是在工作面受沖刷帶頂板和正常段頂板交匯處,頂板極不穩(wěn)定,破碎。在81304綜放工作面推進至距離切眼1 648 m、 1 662 m、1 778 m時逢工作面周期來壓,工作面中下部頂板壓力顯著異常增大,致使工作面50#～80#支架間發(fā)生架前漏矸和部分支架立柱壓縮無行程的壓架事故,給工作面正常回采和安全生產(chǎn)帶來較大困難。為了保證三盤區(qū)剩余工作面的安全順利回采,筆者通過對工作面設(shè)備選型、礦壓顯現(xiàn)分析和綜放工作面過頂板高壓區(qū)和破碎帶的頂板管理等多方面原因進行綜合性分析,總結(jié)出綜放工作面過頂板高壓區(qū)及破碎帶的綜合處理方案。

1 81304綜放工作面地質(zhì)概況

81304綜放工作面長266 m,走向長2 629 m,煤厚3.7 m～9.2 m,平均煤厚6.3 m,預(yù)計儲量730萬t,煤層傾角為3°～7°,工作面煤層底板標高724 m～781 m,地面標高911 m～1131 m,上覆基巖厚170 m～250 m,松散層厚0 m～141 m。采面內(nèi)無鉆孔,附近有SK24、SK44、探3和SK31四個鉆孔可以參照。通過鉆孔柱狀分析,切眼至回順及膠順的1 186 m～1 518 m段發(fā)育有古河流沖刷帶,煤層上部無直接頂,直接為9 m以上的含礫粗砂巖老頂;在非沖刷區(qū)直接頂為砂質(zhì)泥巖,厚度在0 m～4.8 m,老頂為粗粒砂巖,厚9 m～32 m。整個采面地表地形切割較為嚴重,溝壑發(fā)育,目前采面已推進1 769 m(余860 m),采面蓋山厚180 m～250 m(松散層厚0 m～20 m)。工作面頂?shù)装鍘r性如表1所示,沖刷帶與正常區(qū)域的頂板結(jié)構(gòu)對比如表2所示。

表1 81304綜放工作面頂?shù)装鍘r性表Table 1 Lithology of fully mechanized caving face 81304

表2 沖刷帶與正常區(qū)域的頂板結(jié)構(gòu)對比Table 2 The flush zone is compared with the roof structure of the normal area

2 工作面支架及設(shè)備配套情況

81304綜放面中部架選用北京煤機廠生產(chǎn)的ZFY10200/25/42D型支架,支護強度為1.08 MPa～1.11 MPa;排頭支架型號為ZFP9800/26/41D,支護強度為0.98 MPa～1.02 MPa;順槽端頭支架型號為ZYT27600/23/40,支護強度為0.78 MPa。工作面支架共計157臺,立柱安全閥額定開啟壓力45 MPa。采煤機為美國久益公司生產(chǎn)的7LS6C型采煤機,生產(chǎn)能力4 000 t/h,總裝機功率2020 kW。工作面前后運輸機采用張家口煤機廠生產(chǎn)的SGZ型運輸機,能力各為2 500 t/h;順槽轉(zhuǎn)載機及破碎機均由張家口煤機廠生產(chǎn),工作面總裝機功率8 225 kW,總重6 887 t。

3 回采工作面礦壓觀測

為加強81304綜放工作面過高壓區(qū)及頂板破碎帶的礦壓觀測工作面,在81304綜放工作面壓架事故多發(fā)區(qū)段,安設(shè)支架載荷監(jiān)測設(shè)備,實時監(jiān)測放頂煤開采過程中,礦壓顯現(xiàn)特征及規(guī)律,總結(jié)容易發(fā)生前部漏冒事故的區(qū)域,推進方向的位置,同時分析周期來壓步距、強度等參數(shù)。

3.1工作面礦壓監(jiān)測的儀器布置

根據(jù)保德礦81304綜放面,發(fā)生的壓架事故情況,在81304工作面壓架頻繁發(fā)生的區(qū)域,選擇67#、68#支架,61#和62#支架,53#支架等關(guān)鍵位置,安設(shè)支架壓力監(jiān)測儀器,同時兼顧機頭部30#支架和機尾部120#、121#支架,實施中部、上下部不同區(qū)域的礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測,具體觀測儀器的布置情況見圖1。

圖1 81304綜放采場礦壓監(jiān)測儀器布置Fig.1 Mine pressure monitoring instrument layout of 81304

3.2工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的實測分析

為監(jiān)測工作面礦壓顯現(xiàn)強度與規(guī)律性,于11月8日在采場安裝監(jiān)測儀器,實時監(jiān)測分析其礦壓顯現(xiàn)強度,并分析其周期步距規(guī)律性。

1) 工作面周期來壓步距參數(shù)分析

通過對81304綜放面支架載荷實測分析,結(jié)果表明81304工作面周期來壓步距變化為10.2 m～19 m,平均周期來壓步距為14.3 m。具體的支架載荷測試數(shù)據(jù)如表3所示。

實際預(yù)測支架支護強度時,可以選用19 m的周期來壓步距參數(shù)。

表3 81304綜放面支架載荷實測結(jié)果Table 3 The measured results of the scaffold load in working face 81304

2) 工作面周期來壓強度參數(shù)規(guī)律性分析

依據(jù)實際礦壓觀測的成果,整理出支架下礦壓強的結(jié)果見表4,由表4實測數(shù)據(jù)可得,81304綜放工作面觀測期間,支架初撐均值變化在20.1 MPa～25.1 MPa,總均值為22.81 MPa,僅為支架設(shè)定初撐出口壓強(31.5 MPa)的72.4%,初撐壓強達不到要求;末阻均值變化在29.6 MPa～38.9 MPa,總平均值為34.43 MPa,比額定初撐阻力高10%左右;周期來壓期間,最大工作阻力為45.2 MPa ～51.3 MPa,均值為48.68 MPa,為設(shè)定額定工作阻力(49.5 MPa)的98%。

表4 81304綜放面礦壓顯現(xiàn)強度實測結(jié)果Table 4 The measured results of Strata behaviors strength in working face 81304

同時由末阻力與初阻力比值分析 由81304綜放面礦壓監(jiān)測分析結(jié)果可知,整個監(jiān)測期間,末阻力與初阻力的比值變化在1.32～1.83,總平均比值為1.51。宏觀觀測結(jié)果表明,應(yīng)該提高支架的初撐力,縮小末初阻力比,使其滿足1.25的比值,以達到良好的綜放采場頂板安全控制的效果。而 81304綜放面周期來壓系數(shù)變化在1.32～1.62之間,平均來壓系數(shù)為1.41,可見周期來壓顯現(xiàn)強度顯著。

4 過高壓區(qū)及頂板破碎帶具體措施

通過最新的礦壓觀測得出周期來壓數(shù)據(jù),結(jié)合工作面采場條件及設(shè)備實際情況,為保證工作面工作面順利通過高壓區(qū)及頂板破碎帶,采取了一下具體措施。

1)礦成立以礦長為首的采面事故快速反應(yīng)應(yīng)急小組,從現(xiàn)場指揮、設(shè)備及運轉(zhuǎn)系統(tǒng)的維護與檢修、技術(shù)指導(dǎo)、現(xiàn)場事故處理等責成專人負責進行重點、及時跟蹤監(jiān)督與督辦,并對工作情況進行問責。

2)工作面過高壓區(qū)及頂板破碎段不放頂煤,加快工作面推進速度,工作面推過高壓區(qū)及頂板破碎段后方按照正常工藝回采。

3)加強礦壓觀測,加快周期來壓時采面的快速推進成立專業(yè)的礦壓觀測組,對采面礦壓進行分析。及時準確掌握采面礦壓規(guī)律,大型檢修計劃避開工作面周期來壓,過周期來壓后加強設(shè)備檢修力度,確保在周期來壓前后的快速推進。

4)加強設(shè)備的重點維護與檢修。將工作面中部40#～120#支架安全閥開啟額定壓力由45 MPa調(diào)高到49 MPa,并設(shè)防蹦護罩,同時對立柱中缸、各種密封等支架薄弱環(huán)節(jié)重點監(jiān)護管理;工作面過周期壓后及時更換工作面壓損的支架后四連桿銷軸、立柱、平衡油缸、各種密封、液壓管路和立柱液壓鎖、壓力傳感器等配件;保證乳化液泵正常運轉(zhuǎn),乳化液泵出口壓力達到31.5 MPa,工作面系統(tǒng)壓力達到28 MPa以上;對采面設(shè)備,尤其是支架及三機在采面周期來壓時做到快速推進,在來壓后進行重點維護、檢修。加強工作面日常設(shè)備點檢、維護、保養(yǎng)、嚴格制定責任人包機制度并落實到位,主要重點是支架各部件、液壓系統(tǒng)、采面三機等;加強采面工程質(zhì)量管理,掌握好割煤層位,頂、底板割平整,嚴禁留設(shè)臺階,在保證采高的情況下及時追機拉架,同時最大限度保證支架的初撐力。每刀調(diào)整支架架型,支架接頂平、嚴、實,保證支架切頂線在一條直線上,使支架能起到切頂作用且受力合理。

5 結(jié)論

通過對81304綜放面采場條件、設(shè)備選型和礦壓觀測進行進一步總結(jié)分析得出,81304綜放面中部架選用北京煤機廠生產(chǎn)的ZFY10200/25/42 D型支架,支護強度為1.08 MPa～1.11 MPa較小,不能滿足工作面頂板支護強度要求,在現(xiàn)有條件下為提高工作面支架初撐力,保證工作面安全順利通過頂板高壓區(qū)及破碎帶時,在加強綜采工作面的基礎(chǔ)管理工作的同時還必須對現(xiàn)有設(shè)備進行必要的改造,如在一定條件更換支架安全閥,通過提高乳化液泵出口壓力等方法提高工作面支架初撐力和支架的支護強度,發(fā)揮現(xiàn)有支架的最大支護效能,對頂板進行有效管控。

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Fully-mechanizedMiningFacePassingHighPressureAreaandFractureZoneunderRoofinBaodeMine

LVMou

(BaodeMine,ShenhuaShendongCoalGroup,Baode036600,China)

On the analysis of equipment selection, strata behavior, interval and intensity of cyclic weighting of working face, roof management measures are proposed when the working face passing high pressure area and fracture zone. According to the field condition and equipment performance, the study offers some suggestions on equipment modification, which other similar mines could use for reference.

fully-mechanized mining face;fracture zone;strata behavior;high pressure area

1672-5050(2017)02-0008-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.003

2017-02-23

呂謀(1985-),男,四川達州人,大學本科,助理工程師,從事煤炭開采技術(shù)研究。

TD322.4

A

(編輯:薄小玲)