四台矿极近距离煤层采空下开采技术

四台矿极近距离煤层采空下开采技四台矿极近距离煤层采空下开采技 术术 四台矿 404 盘区 10 层于 2001 年底开采结束 为保证盘区 正常接替 必须开采 404 盘区下部 11 层 404 盘区 10 层与 11 属极近距离煤层 层间距不稳定 我矿从科学合理的盘区开 采设计到首采面 8423 工作面掘进 开采的成功完成 总结出宝 贵的理论基础和实践经验 形成一套完整的极近距离煤层采空 下开采技术 1 盘区概况盘区概况 11 层 404 盘区所处的开采水平为 1045 水平 上部 10 层 均已回采结束 盘区走向长度 1340m 1770m 倾斜长度 1180m 煤层包括 11 层和盘区中部 1000m 段 11 层与 12 1 层 合并层 厚度 2 0m 7 4m 平均厚度 4 0m 煤层倾角 10 60 平均 30 煤层与 10 层层间距 0 4m 1 5m 平均 1m 404 盘区内地质构造复杂 有陷落柱 4 个 断层分布较密 集 11 层顶板为粉细砂岩互层 层理 节理 裂隙发育 稳定 性差 掘进和回采时顶板不易维护 易发生漏顶事故 2 开发方案说明 开发方案说明 2 1 盘区巷道布置 10 层 11 层盘区巷道采用联合布置方式 开采 11 层时 利用现有的开采 10 层已布置的 3 条沿南北向布置的盘区巷 平行 1045 轨道大巷依次布置轨道巷 盘区皮带巷 盘区回风巷 盘区轨道巷 盘区回风巷布置在 10 层 盘区皮带巷布置在 11 层 顺槽巷倾斜布置 即东西向布置 如图 1 所示 2 2 上下顺槽内错距的确定 11 层受上覆 10 层采空区及层间距的影响 根据上部采空 区塌落稳定后采空区及巷间煤柱的压力传递范围 同时结合同 煤集团公司王村矿近距离煤层开采经验 选择 11 层工作面与 10 工作面内错式布置 根据顺槽平巷矿山压力显现规律 11 层顺槽在其与 10 层 层间距确定的情况下 应布置于压力的传递影响角以外 压力 影响角与煤层倾角 层间岩石性质有关 一般情况下当煤层倾 角小于 250 时 压力影响为 250 450 11 层上覆 10 层煤层倾 角一般为 00 80 所以上下顺槽内错距应按水平煤层压力影响 范围公式计算 3 首采面 首采面 8423 工作面开采情况工作面开采情况 3 1 11 层 8423 工作面基本概况 11 层 8423 工作面相对上部 10 层 8423 工作面内错布置 两顺槽均内错 4m 工作面走向长度 1510m 可采长 1368m 前窑村保护煤柱 142m 工作面倾斜长度 134m 工 作面地质情况见表 1 3 2 首采面 8423 工作面掘进情况 3 2 1 实体煤下巷道掘进情况 8423 工作面上覆采空区段为 400m 1200m 在非采空区段 巷道掘进时皮带巷高度为 2 8m 宽度为 4 0 m 轨道巷高度为 2 8m 宽度为 3 6m 两巷均沿 11 层顶板掘进 支护形式为锚 杆网 锚索联合支护 切巷宽 6 5m 高 2 8m 锚杆 锚索联合 支护 3 2 2 采空区下巷道掘进及维护 由于 10 层与 11 属极近距离煤层 且层间距极不稳定 其 中 800m 范围采空下 10 层与 11 层间距 0 4m 1 5m 平均 1 0m 所以巷道掘进时采用留设 11 顶煤掘进 支护采用锚网 和工字钢棚联合支护 巷道在采空区范围下掘进时压力显现非常明显 在 2423 巷 具体表现为 所留设的顶煤由于节理裂隙发育 整体性差 加 之顶板压力大 顶煤相当破碎 顶煤边掘边冒 掘进时随掘随 冒 冒顶长度总计为 130m 冒顶宽度为 1 5m 2 5m 高度为 0 9 1 4m 冒顶区瓦斯积聚超限 一般为 3 12 能留住的顶 煤处 由于顶煤已破碎 托于工字钢棚上方 压力显现 工字 钢棚梁严重变形 为了提高近距离煤层留顶煤复合顶板巷道顶板的稳定性 我矿在极近距离煤层巷道 11 层 5423 2423 巷首次进行了小孔 径全长锚固螺纹钢锚杆试验 该试验不仅实现了锚索和锚杆支 护机具统一采用气动锚索钻机 大大提高了锚杆支护的安全可 靠性 而且由于对锚固区的围岩整体约束 使锚杆支护系统刚 度大大增强 有效的控制了顶板变形 为了解决锚杆托板压烂 锚杆螺帽压飞 锚杆杆体被拉断带来的支护及安全问题 我们 采取了打 2 0m 短锚索加强支护的措施 支护能力大大提高 支 护效果非常理想 针对棚梁压弯严重的现象 我们及时把棚距由 0 8m 改为 0 5m 在压弯的棚梁下支设单体液压支柱和木桩防止变形加剧 同时主动掌握近距离煤层矿压显现特点及动压规律 在掘进巷 道中每隔 100m 安装一块压力盒 定期观测压力显现情况 发 现压力大时 及时采取措施进行处理 通过以上支护工艺变更后巷道维护虽得到了一定的改善 但由于留设的顶煤节理裂隙发育 整体性差 加之上覆采空冲 击压力的影响 仍经常发生顶煤边掘边冒的现象 为了更主动 的超前解决巷道维护问题 我矿与中法合资山东兖州浩珂伟博 矿业工程有限公司合作 采用该公司生产的马丽散聚合产品对 巷道顶煤进行超前加固 利用艾格劳尼聚合产品对漏顶区进行 中空填充以防治瓦斯积聚 超前注入马丽散后 顶板的整体性 得到加强 有效的防止了冒顶的发生 巷道矿压显现明显减少 对冒高区采用艾格劳尼泡沫充填 有效的治理了冒顶空洞的瓦 斯积聚 新技术的不断使用保证了巷道的安全掘进 简化了施工工 艺 减轻了工人的劳动强度 提高了巷道的单进水平 为 8423 工作面按期圈出及安全顺利回采打下了坚实的基础 3 3 8423 工作面回采情况 11 层 8423 工作面从 2001 年 10 月 1 日正式生产 现已顺 利回采 150d 总进度 1200m 工作面经历了从实体煤下 采空 区下 实体煤下的安全回采 累计总产量 63 万 t 平均日产 3800t 最高日产 7000t 最高月产 13 5 万 t 最低月产 10 万 t 3 3 1 采煤方法 工作面采用单一长壁后退式综合机械化开采方法 全部跨 落法辅助人工强制放顶管理顶板 工艺流程为 单向割煤 尾 部斜切进刀 上行割煤 推溜 移架 下行清煤 3 3 2 工作面设备配置 采高选择 本工作面在开采上覆实体煤段时 见顶见底 采高 3 5m 开采上覆采空区段时 见底留顶 保证复合顶板厚 度 2 5m 采高 2 5m 支架选型 根据开采 10 层时的采高为 1 9m 留设顶煤厚 度约 2 5m 可计算开休 11 层时每架支架所承受的最大静压力为 上覆 10 层顶塌实时岩体冒落带及 2 5m 顶煤的重量之和 如图 3 所示 上式中 4 5 为支架接顶长度 1 5 为支架宽度 2 0 为留 设顶煤厚度 1 34 为煤的容重 9 5 为上覆 10 层顶板充填满 10 层采空冒落带高度 2 5 为岩石容重 若按 1 5 的安全系数计算 则每架支架的支承能力应为 274 5t 架 换算可得每架支架的支承能力应大于 2745kn 所以本工作面选择 zzs6000 17 37 支架可满足生产需要 工作面具体设备配置见表 2 3 3 3 工作面进上覆采空区下时的技术措施 工作面进入采区前 30m 时 采高由 3 5 m 逐渐降低为 2 5m 留设顶煤以保证顶板厚度在 2 5m 以上 工作面进入采空 区前 20m 时向煤体打钢针 向煤壁打锚杆护帮 防止片帮 减 少自由面 支架移架采取紧跟采煤机前滚筒及时移架 把液压 支架的大护壁板更换为小护壁板 以减小机道空顶距离 工作面出采区前 15 m 时坚持及时移架 当进入实体煤后采 用带压移架 进入实体煤后 逐渐加大采高至 3 3m 3 5m 后 更换小护壁板为大护壁板 3 3 4 工作面矿压显现情况 工作面液压支架最大工作阻力曲线见图 4 8423 工作面在实体煤下推进 支架阻力平稳 安全阀按周 期来压步距 28m 35m 均匀开启 当工作面推进到上覆采空区前 20m 至进入采空前 7m 时 工作面及巷道片帮严重 顶板压力 增大 局部破碎冒落 支架阻力增大到 30mpa 左右 安全阀 80 开 启 当工作面推进至距采空区边界 7m 时 工作面进入煤体的 塑性变形区 顶板压力变小 煤壁片帮现象减轻 当工作面完 全推进至采空区下后 顶板压力小 煤壁平直 截齿牙痕明显 支架阻力平稳 安全阀很少开启 当工作面推进至采空区范围 外 15m 时 压力显现与工作面进入采空区时相似 强度稍弱 3 3 5 超前 端头支护管理 超前支护采用 dz31 5 28 100 型单体液压支柱 1 2m 长 型钢梁进行支护 在实体煤下支护长度两巷均为 20m 前 10m 为双排 后 10m 为单排 靠近工作面一侧 柱距 0 8m 采空 区下单体液压支柱直接支护在原支护棚梁下 5423 巷超前支护 60m 双排支设 2423 巷超前支护 30m 双排支设 在实体煤下安全出口处支护的原超前支护不能提前回取 每循环只能回取二根单体支柱 在采空区下原超前支护不变的 情况下 增设迈步式抬棚 抬棚支护方式为二对四梁 棚梁为 11 工字钢 长度为 3 2m 每对抬棚梁间距 0 3m 两对抬棚间 距为 1m 移架与抬棚迈步的关系为 当顶板比较完整时 先移 两对梁的第一组梁 回取支架与抬棚之间的抬棚未架设的原支 护棚梁 单体支柱 回取后 重新支设在第二组梁的左 或右 错距 0 8m 再移架 依次往复 当顶板破碎时 抬棚梁进行 迈步前移 采取延续棚梁 抬棚棚梁与原支护棚梁进入支架上 方 在抬棚彻底进入采空区后 用回柱车将其回出 工作面上下端头支护均由工作面支架设至巷中 巷中至煤 柱侧由 dz31 5 28 100 型单体液压支柱 1 2m 长 型钢梁均匀 支设至支架与煤帮中间 柱距 0 8m 支设范围为放顶线至煤壁 线 每循环回一次 工作面端头支架距煤帮小于 0 8m 时 端头 将不采取加强支护 端头支架至煤帮为 0 8m 2 5m 时 平行顺 槽在支架与煤壁中间支设一排单体支柱 端头支架距煤壁 1 8m 2 5m 时 平行支架支设两排单体支柱 其中在切顶位置 必须支设两根关门柱 当进入采空区下顶板比较破碎时 抬棚 梁及原巷道支护棚梁进入支架上方 端头支护采用单体液压支 柱支设在原巷道支护棚梁下 每梁棚下支设一根 共一排 3 3 6 通防综合管理 11 8423 工作面为一高瓦期工作面 本煤层煤体及围岩中 瓦期含量较高 在回采过程中是瓦期涌出的主要来源 另外 在采至 10 层采空区下部时 随顶板垮落 10 层采空区内的瓦斯 也将涌出 我们采取了严格瓦斯管理制度的执行和落实 加强 配风管理 尾山角瓦斯处理使用抽排风机和尾部打风障措施进 行处理 在回采过程中打抽放瓦斯钻孔 对工作面施行边抽边 采等措施预防瓦斯超限 另外在回采过程中还采取综合防灭火措施 在工作面构筑 均压系统 封堵漏风通道 对 10 层采空区及 11 层工作面进行 预防性黄泥灌浆 在工作面进风端头设置氯化镁雾化器 使汽 雾阻化剂变为阻化汽雾以采空区漏风为载体转移到遗煤表面 从而达到阻化防火作用 4 存在的问题 存在的问题 巷道在采空区下掘进时的顶板支护不能有效的控制上覆采 空的冲击压力 支护破坏严重 巷道二次维护工程量大 回采 时钢棚回收率低 巷道的掘进时底板底鼓严重 虽然采取了向煤柱打 108mm