黃正功

(晉能控股煤業(yè)集團 浙能麻家梁煤業(yè)公司, 山西 朔州 036000)

煤炭開采過程中,當工作面回采遇到特殊地質條件時,為避免地質構造給工作面回采造成安全隱患,需要對工作面實施停采縮面。為保證工作面停采縮面的安全施工,多位學者對此展開了研究,李慧斐[1]針對不規(guī)則工作面在回采過程中縮面回采難度大、回采效率低等技術難題,提出了“補巷縮面回采工藝”方案,有效提高了工作面縮面回采效率,保證了縮面回采期間設備回撤安全;馮曉斌等[2]針對特厚煤層上分層采空區(qū)下進行縮面作業(yè)需面臨的諸多特殊復雜條件,給出了縮面技術流程,并對縮面期間的礦壓進行及時監(jiān)測,提出縮面技術存在的問題和改進措施;彭建華等[3]針對綜放工作面掘進期間為躲避落差較大的斷層及保證資源回收,研究了綜放工作面減撤支架過程中上端頭支護技術,有效保證了工作面縮面期間的施工安全。綜上所述,對于停采縮面施工的研究主要集中在縮面過程中礦壓監(jiān)測及減車支架過程中端頭支護方面,對于工作面停采縮面中涉及的綜合安全技術提及較少。麻家梁礦為有效回收煤炭資源,同時為停采縮面提供技術保障,對工作面支護、補巷施工、空巷治理方法及設備穩(wěn)裝方法等進行了研究,以保障工作面停采縮面的施工安全,實現工作面安全高效回采。

1 工程概況

麻家梁礦主采14104-1工作面,在工作面掘進過程中,遇到明顯的斷層破碎區(qū),對工作面回采造成安全威脅。為避開斷層地質構造的影響,計劃在運輸巷道遇斷層處實施擴面,14104-1工作面布置情況見圖1.

圖1 14104-1工作面布置圖

2 停采縮面施工工藝流程

該次工作面縮面本著系統簡單、安全高效、投資少,資源回收率高的原則,采取施工補巷、回撤工作面設備的方式進行縮面,具體施工流程如下:

1) 鋪網支護。工作面推進至采位965 m處(距擴面位置75 m)開始調整工作面,推進至采位975 m(距擴面位置65 m)處開始鋪網支護,推進至采位1000 m(距擴面位置40 m),完成工作面尾部頂板及幫部支護。

2) 掘進補巷。在采區(qū)輔助運輸大巷內安裝2臺FBD-NO8.02*55型的軸流式局部通風機,沿輔助運輸順槽鋪設風筒為掘進補巷供風,采用綜掘方式掘進14104-1輔助運輸順槽(補巷),在距離貫通位置剩余3 m時,停掘砌筑安裝風門,完成調整通風系統準備工作,再采用人工風鎬掘進的方式貫通。

3) 設備回撤。一期拆撤工作面125#—129#過渡支架及前、后部刮板輸送機溜尾及變線槽,經由14104-1輔助運輸順槽運輸至東輔助運輸大巷暫存;二期拆除工作面72#—126#支架及前、后部刮板輸送機中間槽,經14104-1輔助運輸順槽(補巷)運輸出井。

4) 空巷治理。14104-1工作面輔助運輸順槽空巷充填治理。

5) 設備穩(wěn)裝。一期拆撤68#—70#支架、62#—71#支架前部刮板輸送機中間槽及64#—71#支架后部刮板輸送機中間槽,經14104-1輔助運輸順槽(補巷)運輸出井;二期將127#—129#過渡支架及前、后部刮板輸送機溜尾及變線槽穩(wěn)裝至68#—70#對應位置;三期將71#支架移近過渡架。

3 補巷施工方法

3.1 通風系統

在東輔助運輸大巷穩(wěn)裝2臺FBD-NO8.02*55型的軸流式局部通風機(一用一備),主備風機電源和負荷側各安裝1臺風機開停傳感器,沿14104-1輔助運輸順槽鋪設1趟直徑1000 mm阻燃膠質風筒,經過14104-1輔助運輸順槽風門位置自風門幫部掏槽通過,距工作面不超過40 m位置安裝風筒傳感器。工作面無風筒一側安裝1臺甲烷傳感器,傳感器距工作面≤10 m,距頂板≤300 mm,距幫≥200 mm,距回風繞道口10～15 m安裝1臺甲烷傳感器。

14104-1輔助運輸順槽(補巷)掘進工作面實際需要的風量,應按巷道斷面、瓦斯涌出量、人數及通風機實際吸風量、風速等規(guī)定要求分別進行驗算,供風量應滿足最大需風量要求,經計算確定掘進工作面風筒末端的實際需風量取285 m3/min.

3.2 補巷支護

采用機載前探梁進行臨時支護,規(guī)格為長2.0 m×寬3.4 m,其有效控頂面積為6.8 m2,有效控頂長度為2.0 m,前探梁與工作面迎頭間距小于300 mm. 巷道在機載前探梁損壞或掘進遇頂板破碎區(qū)、斷層構造帶、巷道冒高區(qū)時采用DW45-250/110X(A)型快速注液升柱器作為臨時支護。永久支護時,頂錨桿每排打設6根,排距800 mm,間距900 mm,直徑22 mm,長度2400 mm,錨桿碟形托盤規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm,W型鋼帶規(guī)格4800 mm×280 mm×3.75 mm,網片使用雙層8#鉛絲金屬網,網格規(guī)格50 mm×50 mm.錨索為φ21.8 mm×8300 mm鋼絞線錨索,間排距2000 mm×2000 mm;錨索配11#礦用工字鋼,鋼梁長度4500 mm,一梁三眼。幫錨桿每排4根錨桿,間排距與碟形托盤尺寸與頂錨桿一致,鋼護板規(guī)格300 mm×300 mm×3.75 mm,網片使用單層8#鉛絲金屬網,網格規(guī)格50 mm×50 mm. 對于鋪底,巷道全斷面鋪設地坪,地坪厚度200 mm,強度C30. 工作面停采支護情況見圖2.

圖2 工作面停采支護斷面圖

3.3 支架回撤方法

1) 對需要回撤的支架進行緩慢降架,利用支架回撤車將待撤支架緩慢拉出,當支架拉至指定位置時,使用推移千斤頂和錨鏈轉變支架位置,位置固定后采用支架車運出支架,隨后進行下一組支架的回撤。

2) 當1架支架順利移出后,進行掩護支架抽拉時,需注意拉拽順序,先拉拽老塘側,隨后拉拽中間側,最后拉拽煤壁側掩護架。

3) 正常液壓支架撤除采用“后退式三掩護支架法”進行,即每撤出1架支架前移一次掩護支架,依次回撤工作面內的其余支架,并每回撤一架支架后及時前移掩護架。

4 空巷治理方法

4.1 密閉掏槽及支護

14104-1工作面縮面后形成空巷,采用密閉墻并充填。工作面內距14104-1輔助運輸巷道(補巷)西幫5 m位置掏槽,砌筑青磚密閉墻,墻體厚度2.0 m,并預留粉煤灰充填管,對密閉墻內50 m范圍采用粉煤灰充填密實。

14104-1輔助運輸順槽擴面拐點以里35 m位置掏槽,澆筑混凝土密閉墻,墻體厚度5.0 m;14104-1輔助運輸順槽擴面拐點以里24 m位置掏槽,砌筑青磚密閉墻,墻體厚度0.6 m,同時對4#、5#密閉墻間6 m空間使用粉煤灰充填密實;14104-1輔助運輸順槽擴面拐點以里17 m位置掏槽,砌筑青磚密閉墻,墻體厚度0.6 m,同時對5#、6#密閉墻間6.4 m空間使用粉煤灰充填密實;14104-1輔助運輸順槽擴面拐點以里10 m位置掏槽,砌筑混凝土密閉墻,墻體厚度5.0 m,同時對6#、7#密閉墻間6.4 m空間使用粉煤灰充填密實。

密閉墻施工前在構筑位置使用人工風鎬由里向外分段掏槽,頂底掏槽為進入實體煤300 mm,幫掏槽為進入實體煤500 mm. 掏槽時先將密閉前后1 m范圍幫頂的原支護鋼筋網、菱形網拆除,掏槽后按照原巷道支護參數進行二次支護。掏槽前在構筑密閉位置掛鉛垂線,找正墻體位置再掏槽,防止?jié)仓r墻體傾斜。

4.2 混凝土澆筑與粉煤灰充填

工作面煤壁外10 m位置掏槽,澆筑2#混凝土密閉墻,墻體厚度2.0 m;煤壁外15 m位置掏槽,澆筑3#混凝土密閉墻,墻體厚度2.0 m;同時對兩道密閉墻間3 m空間使用粉煤灰充填密實?；炷林兴?、粗砂、碎石質量比為1∶2∶3,澆筑時使用震動棒邊澆筑邊震動,確?；炷林旅懿涣艨斩?。在澆筑混凝土的同時,隨混凝土墻的增高,逐步人工充填凝膠粉煤灰,凝膠粉煤灰中各成分質量比:m(A料)∶m(B料)∶m(粉煤灰)=1∶1∶8. 當混凝土密閉墻快接頂時,距離頂板剩余500 mm使用3根8.2 m的2英寸管進行充填空間內外的聯通,3根管按左幫、巷中、右?guī)陀筛叩降筒贾?2英寸管超過混凝土墻外700 mm以上,深入到凝膠粉煤灰中間,以便于混凝土墻體完工后繼續(xù)向充填空間充填凝膠粉煤灰。在人工無法向充填空間充填粉煤灰時,使用泥漿泵向密閉空間進行充填,充填時采取間斷充填方式,在充填凝膠粉煤灰接頂時使用膨脹劑進行充填,確保充填空間密實不留空洞。

4.3 注漿封堵

2#、7#密閉施工完成后,對密閉頂端及兩幫各打設2個注漿孔,開孔處與密閉墻之間的距離為0.5 m,幫孔及頂孔與密閉墻夾角分別為45°與30°,終孔位置在密閉墻中部,使用泥漿泵注水泥漿,水灰質量比為0.75∶1,注漿終壓為0.5 MPa,確保密閉墻體掏槽部位密實不漏風。

4.4 氣體監(jiān)測及置換方法

施工密閉時在密閉上留設一趟觀測管,觀測管延伸密閉外。工作面回采前,必須使用水泥、粉煤灰及高水膠凝劑等材料對觀測管進行封堵,封堵長度為5 m.

為避免14104-1輔助運輸巷道的空巷封閉空間形成“瓦斯庫”,采用惰性氣體對廢巷內氣體進行置換。注氮:沿14104-1輔助運輸巷道布置一趟4英寸注氮鋼管,通過密閉預留注氮管向空巷內注氮。排放:利用14104-1輔助運輸巷道空巷密閉預留措施孔,沿接一趟4英寸鋼絲纏繞管至南回風大巷(管口出口距回風繞道20 m,并在兩側30 m范圍設置柵欄及警標)。利用注氮壓力排放氣體,在排放口處設置傳感器,用于監(jiān)測瓦斯?jié)舛?。排放時間:注氮量按600 m3/h計算,置換1 524.6 m3氣體大約需要2.5 h. 若排放出的CH4及氧氣濃度較大,且隨著排放時間逐步降低,氮氣濃度逐漸變大,說明置換效果良好。

5 設備穩(wěn)裝方法

對于前、后部輸送機變線槽及機尾的安裝,使用支架回撤車拉出68#、69#、70#支架,使用支架車經14104-1輔助運輸順槽將支架運輸出井;運輸后部刮板輸送機機尾及3節(jié)變線槽進工作面穩(wěn)裝;使用支架車倒向運輸3架過渡架進入工作面穩(wěn)裝并升緊;運輸前部刮板輸送機機尾及6節(jié)變線槽進入工作面穩(wěn)裝;調整71#支架位置,使支架貼緊70#支架。安裝過程中,要保持運輸機平、直,槽間隙均勻;驅動對接螺栓M42 mm×433 mm(8條),M42 mm×1215 mm(2條),扭矩力3750 N·m;安裝刮板鏈時,刮板方向要正確,兩條鏈松緊一致,無擰環(huán)。

通過停采支護后過渡架置換、施工短巷、采用充填及氣體置換等空巷治理工藝實現縮面,工作面可多推進397 m,多回收煤炭資源65萬t,直接經濟效益1.5億元。麻家梁礦工作面停采縮面綜合施工布置方式見圖3.

圖3 工作面停采縮面綜合施工布置圖

6 結 語

針對麻家梁礦14104-1工作面回采期間遇斷層構造帶導致的回采安全問題,提出了工作面停采縮面安全施工方法,包括停采縮面施工工藝流程、補巷支護方法、空巷治理方法及設備穩(wěn)裝方法,形成停采縮面一體化安全施工方法,保證了14104-1工作面停采縮面施工安全。