文 / 卞學(xué)東 王慶國
新疆賽爾六礦A4021綜采工作面,因材料道穿越F3斷層面,區(qū)域頂板破碎,工作面仰采坡度18°,開采期間溜尾段支架因漏頂導(dǎo)致支架失穩(wěn)歪斜,嚴重影響出口安全。礦井技術(shù)人員通過對支架受力分析,找出支架失穩(wěn)的原因,總結(jié)出A4021綜采工作面在仰采時支架防倒的相應(yīng)措施,確保了礦井安全作業(yè)。
A4021綜采工作面為六礦西二采區(qū)A4煤層回采面,位于F3斷層與A4019工作面之間,沿傾斜布置,巷道傾角在+6°~ +15°~ -18°之間變化,煤層平均厚度2.7m,工作面傾斜長580m,工作面長158m,面內(nèi)傾角-12°,頂板為炭質(zhì)泥巖,底板為炭質(zhì)泥巖+粉砂巖。采用單一傾斜長壁綜合機械化開采,全部垮落法控制頂板,初次來壓步距18m,周期來壓步距6m。
圖1 F3 斷層面圖在巷道內(nèi)波動情況
圖2 支架受力分析圖
A4021工作面兩道順槽斷面均為3.8×2.6㎡,均沿煤層頂、底板掘進,采用錨、梁、網(wǎng)、索聯(lián)合支護,頂錨采用Φ18mmL=2000mm左旋無縱筋螺紋鋼等強錨桿,支護間排距800×800mm,每排布置5根;錨索采用Φ15.24mmL=5200mm鋼絞線,錨索間排距1600×2400mm,每排布置2根。在掘進材料道至430m后煤層傾角由+15°轉(zhuǎn)為下山,坡度最大-18°,材料道從下山位置起至切眼巷道傾斜長150m,F(xiàn)3斷層自495m起沿傾向切入巷道。F3斷層面在巷道內(nèi)的波動情況見圖1所示。
A4021工作面裝設(shè)ZZ4600/14/29型綜采支架106架,兩道超前支護采用金屬鉸接頂梁(L=1000mm)+DZ31.5型單體液壓支柱支護,巷道內(nèi)沿傾向扶2排,在出口沿煤壁加扶10m加強支護,切斷線處增加密集點柱、戧柱,溜頭使用雙楔梁支護。
支架受力情況見圖2所示。
圖中:M-頂板對支架的壓力
G-支架自身的重力
F1-支架在仰采時的下滑力
F2-工作面內(nèi)傾角給予支架的側(cè)向力
(1)從受力分析可以看出,影響支架穩(wěn)定性的主要因素為頂板對支架頂梁的壓力或支架初撐力,支架工作阻力越大產(chǎn)生的摩擦阻力越大,采高越小,支架越穩(wěn)定;其次是支架受巷道傾角和工作面內(nèi)傾角的影響,巷道傾角造成支架存在向老塘的下滑力,工作面內(nèi)傾角使支架重心偏離支架底座中心,使支架穩(wěn)定性降低,存在失穩(wěn)歪斜的隱患。
(2)受切入巷道內(nèi)F3斷層的影響,工作面沿斷層面的頂板破碎,工作面在推進41m處,采煤機切割后,溜尾段3架范圍內(nèi)的直接頂冒落400~600mm,現(xiàn)場采取在支架前梁處用道木接頂,但充填接頂不實,工作面的支架未能有效接頂,是造成支架失穩(wěn)歪斜的主要原因之一。
(3)煤層沿工作面內(nèi)為上山,工作面仰采,支架受自身重力G和頂板巖層作用在支架上的重力M沿煤層傾向的分力之和大于支架底座與底板間的摩擦力F時,支架會向下滑動,同時工作面有-12°傾斜,導(dǎo)致支架重心偏移,推移桿與底座方向不一致,拉架時頂梁與底座行走方向相別,是導(dǎo)致支架失穩(wěn)歪斜的另一個原因。
(4)支架工作業(yè)時操作不當,移架前對頂板冒落接頂不實,同時沒有有效地使用支架側(cè)護板及時調(diào)整支架,溜尾第一架在出現(xiàn)輕微歪斜時,未能及時采取針對性措施,致使1~2架頂漏空,造成溜尾段多架連續(xù)發(fā)生失穩(wěn)歪斜。
為防止在推進時支架、溜子上竄下滑,減少支架受力的不均衡,將工作面調(diào)成傾斜開采,使溜頭超前、溜尾滯后,控制面內(nèi)的傾角在2°左右,機尾滯后溜頭12~14m,工作面在進行移架和推溜時,減少面內(nèi)傾角對支架的側(cè)推力,并有效控制溜子的上竄下滑現(xiàn)象,減少仰采支架向老塘側(cè)的滑力。
為有效防止切割后架前掉頂,超前對F3斷層滑面兩側(cè)補打錨索,采用Φ15.24mmL=5200mm鋼絞線,間排距600×800mm,每側(cè)打3根;同時切割后從煤壁向工作面內(nèi)5m范圍打錨桿控頂,使用Φ18mmL=2000mm左旋無縱筋螺紋鋼等強錨桿+鋼帶+網(wǎng)。間排距0.8×0.6m,在采取控頂措施后,受F3斷層面波動影響段,在開采期間未發(fā)生架前冒頂?shù)默F(xiàn)象,確保支架的接頂有效。
(1)堅持由下向上移架,采煤機上行割煤時,采取由下向上追機移架。
(2)采煤機切割時,對煤壁和頂板控制,確保頂板平直無臺階,拉架時控制相鄰支架頂梁高差,防止咬架。
(3)為防止倒架,在回采期間拉架時,使用側(cè)護板,調(diào)架單體,對支架進行調(diào)整或輔助移架。
(4)溜尾配長度0.6m、1.5m及2.0m調(diào)架單體。
(5)溜尾支架移架時,為防止打滑難以移架,在材料道安設(shè)32T回柱機輔助牽引。
(6)嚴格控制工作面采高不超過2.7m。
1. 采用偽傾斜開采,將工作面內(nèi)角度由-12°控制到2°左右,使溜尾滯后溜頭12~14m,能減少支架重心偏移量,同時能防止溜子支架的上竄下滑。
2. 溜尾段4~6架留0.2m左右護頂煤,采取錨桿索超前支護,加固頂板的完整性,杜絕架前掉頂,使支架上下受力平衡。特別是溜尾段第一個支架必須采取防倒措施。
3. 工作面支架移架須分段由下向上每移必調(diào),利用側(cè)護板和底調(diào)及時調(diào)整支架間距,保持支架與輸送機垂直,移架時采用帶壓擦頂移架,防止支架擠、咬、倒架情況發(fā)生。
4. 新疆賽爾六礦通過對A4021綜采工作面溜尾斷層段頂板控制,采取綜合移架防倒架措施,杜絕了支架咬架、歪斜、倒架的情況發(fā)生,循環(huán)作業(yè)由每班2個循環(huán)增加到6個,實現(xiàn)了安全高效開采。