趙 勇

(中煤資源發(fā)展集團有限公司，北京 10013)

由于煤層的賦存及采面的快速推進，工作面來壓規(guī)律也發(fā)生很大變化，采面覆巖的破壞程度增大，圍巖的變形破壞進一步加大加深[1-2]。厚煤層開采可以最大限度地降低煤炭生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效能。隨著煤層的開挖，頂板覆巖的懸露范圍逐漸增大，采面以及巷道圍巖一定范圍的來壓強烈，工作面和巷道的支護難度增大[3-4]。以補連塔礦為研究背景，針對厚煤層綜采覆巖破壞規(guī)律進行分析[5-6]，提出符合實際生產(chǎn)的采面覆巖控制及管理措施，提高工作面的生產(chǎn)效率，保障工作面的安全生產(chǎn)。

1 概況

補連塔煤礦煤層賦存深度186 m，煤層傾角為2°，屬于近水平煤層，煤層厚度3.43～5.36 m，煤層的賦存及結(jié)構(gòu)相對簡單，工作面切眼長度300 m，連續(xù)推進長度2800 m。煤層底板中裂隙的發(fā)育程度相對較弱，煤層底板巖層的完整程度相對較高，具有較好的承載能力。工作面選用傾斜長壁大采高一次采全高后退式開采，全部垮落法管理頂板。由于煤層頂板巖性主要為砂巖和砂質(zhì)泥巖且厚度較大，覆巖結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，基于厚煤層一次采全高頂板支護實踐經(jīng)驗，采面選用ZY11000/25/50 兩柱式掩護型液壓支架。采面平面圖如圖1。

圖1 綜采工作面平面圖

2 厚煤層工作面礦壓觀測分析

通過對厚煤層綜采面支架工作阻力進行實測發(fā)現(xiàn)，在回風順槽一側(cè)采面前方5 m 位置范圍的支護阻力達到最大值，頂板圍巖變形達到20 mm，而在運輸順槽一側(cè)其支護阻力相對較小，頂板圍巖變形為10 mm。在綜采工作面連續(xù)推進階段，采面的來壓顯現(xiàn)主要出現(xiàn)在采面中部位置到尾部位置范圍，而在運輸順槽附近采面來壓顯現(xiàn)強度相對較小。在初始條件下采面支架阻力為1.1×104kN 時，頂板下沉量約為250 mm，峰值下沉量約為450 mm，片幫值為600～800 mm；當采面出現(xiàn)來壓現(xiàn)象時，支架阻力從1.1×104kN 增加到1.2×104kN 后，頂板下沉量200～300 mm，煤壁片幫量400～500 mm。來壓時，靠采空區(qū)側(cè)位置的120#支架阻力最大，比其他支架平均值大1459 kN。通過上述支架阻力數(shù)據(jù)分析可得，在回風順槽一側(cè)距采面20 m 范圍內(nèi)將出現(xiàn)應力增高區(qū)，并隨采面的連續(xù)推進，應力增高區(qū)的作用位置也會隨采面推進而向前移動。

由于采面頂板覆巖的完整程度較高，采面初次來壓步距為61.8 m，較大的來壓步距需要對頂板覆巖進行預裂處理，使頂板破斷并下沉充填采空區(qū)，降低采面支架以及巷道圍巖的應力。當采面出現(xiàn)周期來壓時，由于來壓強度具有非均勻性和非同步性，根據(jù)現(xiàn)場分析可知，在采面中部區(qū)域范圍內(nèi)頂板覆巖的下沉較大，因此在采煤中部區(qū)域位置容易出現(xiàn)垮落和壓架現(xiàn)象。

3 厚煤層大采高綜采面的支護

3.1 提高工作面煤體圍巖強度

隨著工作面的連續(xù)推進，采場頂板中的應力增高區(qū)也隨之不斷地向前移，此時工作面前方煤體以及煤柱所受的應力作用增大進而逐漸出現(xiàn)破壞失穩(wěn)，使其失去對頂板的支撐作用，因此要加強工作面前方煤體及煤柱的強度，一般采用固安特對煤體進行加固，并根據(jù)其擴散特性設計注孔間距及深度分別為4 m 和15 m，對工作面前方15 m 范圍圍巖及頂板實現(xiàn)有效控制。在操作過程中要注意，當煤體開始出現(xiàn)來壓并產(chǎn)生少量裂隙時進行作業(yè)。

對煤層進行預加固處理后，在采煤推進過程中，隨著煤壁應力增高并未出現(xiàn)明顯破壞現(xiàn)象。

3.2 優(yōu)化工作面圍巖支護工藝

在回采過程中，頂板的及時支護對頂板管理起著非常重要的作用，隨著空頂時間增加，其破壞程度增加，頂板管理越加困難。通常在末采作業(yè)需進行加網(wǎng)作業(yè)，主要操作在架間布設長8000 mm、直徑17.8 mm 錨索，并采用直徑22 mm 鋼絲繩進行穿引，每隔兩架進行一次穿鋼絲繩，最后使用絞車托起頂板。通過改進作業(yè)方法，不僅提升作業(yè)質(zhì)量和效率，還有效地降低了作業(yè)所需時間，并實現(xiàn)了對頂板及時有效的支護作用。支護工藝如圖2。

圖2 工作面圍巖支護工藝圖

為了保證工作面頂?shù)装宓耐暾砸约捌秸?，需要預先進行水平貫通標識作業(yè)，鉆孔必須保證與刮板機高度相同，并每隔10 m 布設一個鉆孔，使用裝滿白灰的PVC 管提供高度標識；其次在末采時必須及時地對頂板和圍巖進行測量觀測，及時調(diào)整采面采高；制定合理施工組織計劃和調(diào)配計劃，提高采面作業(yè)效率，減少頂板空頂時間。

4 頂板控制效果分析

通過上述方法對工作面頂板及圍巖進行控制，并對巷道圍巖運移進行實測發(fā)現(xiàn)采面端頭前5 m 范圍支護阻力最大，頂?shù)装逡平?0 mm/周，巷道頂板應力相對較小時的移近量10 mm/周。采面正常開采階段，來壓壓力主要集中在采面中部到機尾段，支架額定工作阻力1.1×104kN 時，頂板下沉量為200～300 mm，最大下沉為400～500 mm，片幫值為600～800 mm，支架阻力從1.1×104kN 提高到1.2×104kN 后，來壓時工作面頂板下沉量為200～300 mm，片幫量為400～500 mm。當工作面巷道緊相鄰區(qū)段采空區(qū)，巷道超前20 m 的范圍內(nèi)將會承受相鄰采空區(qū)的應力轉(zhuǎn)移。

5 結(jié)語

本文通過采用固安特對采面前方煤壁進行預先加固處理，保證煤體的完整性，增加對頂板的控制作用，同時進一步對采面頂板控制工藝進行改進，并通過其他頂板控制方法對補連塔煤礦大采高綜采面進行有效的控制，解決了頂板易離層破壞難管理的問題，為類似條件下大采高綜采面提供了一定指導。