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综采工作面过陷落柱安全技术

发布时间:2020-11-25   |  所属分类:建筑设计:论文发表  |  浏览:  |  加入收藏

  首阳煤业15104综采工作面回采过程中遇X14陷落柱,通过采用提前预注浆加固顶板、松动爆破等现场管控措施安全顺利通过了陷落柱,过陷落柱期间,未发生冒顶、涌水等现象,保证了矿井安全生产,对类似条件下工作面过陷落柱具有一定的借鉴意义。

综采工作面过陷落柱安全技术

  关键词:陷落柱;注浆;松动爆破

  陷落柱是矿山生产过程中最为常见的地质构造,由于陷落柱的出现,使得顶板岩层稳定性变差,在采掘过程中极易发生冒顶现象[1-2]。另外陷落柱还是良好的导水、导气通道,对工作面安全生产造成巨大的威胁。当工作面遇到大面积陷落柱时,一旦现场顶板管理措施不合理,将严重影响矿井的安全生产及正常采掘接续工作[3-5]。因此,如何科学、安全地通过陷落柱影响区域显得尤为重要。本文以首阳煤业15104综采工作面过陷落柱为背景,通过现场采用注浆加固等安全技术措施,为工作面顺利通过陷落柱提供了技术保障,也为类似条件下工作面过陷落柱提供了科学依据。

  1工程概况

  山西煤炭运销集团首阳煤业有限公司井田位于山西省高平市,主采3号、15号煤层,井田面积5.1953km2。15104综采工作面位于该矿一采区,主采15号煤层,煤层厚度4.2~4.6m,平均4.4m,设计采高4.4m(过陷落柱期间降低到3.5m),煤层倾角2~6°,平均4°,属于近水平煤层。工作面无明显直接顶,基本顶为灰岩,平均厚度为6.26m,直接底为泥岩,平均厚度5.12m。工作面采用综采一次采全高回采工艺,工作面长度为174.7m,推进长度1000m。当工作面回采至552~572m处,掘巷时揭露的X14陷落柱,经探测,嵌入工作面约80m,陷落柱中岩层为奥陶系灰岩溶解侵蚀上部地层,上覆岩层稳定性被破坏并下沉的灰岩、砂岩、泥岩胶结而成,稳定性差,易风化、水解,导水性差。陷落柱分布如图1所示。

  2过陷落柱施工技术

  2.1注浆加固

  为保证X14陷落柱的完整性,决定预先对陷落柱进行注浆加固,一方面及时充填陷落柱内的导水通道,防止工作面回采过程中发生涌水量增大及有害气体超限现象;另一方面提高陷落柱内部腔体稳定性,避免生产过程中发生顶板冒落事故。根据现场陷落柱揭露情况分析,对X14陷落柱施工两排注浆钻孔,如图2所示。第一排开孔高度距顶板1000mm,垂直于煤壁布置,钻孔直径75mm,钻孔间距10m,布置9个注浆孔;第二排钻孔距顶板2000mm,参数与第一排钻孔一致,交错布置。注浆孔施工完毕后,采用联邦注浆材料加入外加剂,将水灰比调配至0.6∶1,外接注浆泵依次对钻孔进行注浆。根据实验室试验结果,该材料在10h后强度增长迅速,1d后单轴抗压强度可达到18MPa以上,完全满足工作面快速推进要求。

  2.2松动爆破

  为了避免工作面过陷落柱过程中,由于岩石较硬而影响生产的情况,提前准备采用松动爆破方法处理坚硬岩石。爆破采用矿用3号硝铵炸药,陷落柱布置3排炮眼,第一排距离顶板500mm,第二排距离顶板1500mm,第三排距离顶板2500mm,炮孔呈“五花”布置,炮孔数量根据现场实际情况确定,间距1000mm,其中第一排炮眼向下倾斜80°,第二排炮眼垂直煤壁,第三排炮眼向上倾斜80°布置。炮孔深度为2000mm,每孔装药量为0.4kg,封泥长度不小于1000mm,采用串联一次性起爆,炮眼布置如图3所示。

  2.3顶板管理措施

  在陷落柱区域内顶板破碎、稳定性较差,支架必须及时随采煤机滚筒割煤追机带压擦顶移架,移架时不得降柱太多,尽量减少顶板松动、支架压死等现象。严格控制控顶距,要控制顶板暴露面积,不要过大,支架要超前支护防止冒顶。陷落柱处适当降低采高(约3.5m),在保证底板平的基础上与正常采高接茬处顶板顺缓坡保证支架邻架顶梁错差不超过2/3。

  2.4优化排水系统

  工作面过陷落柱前,要将工作面及两巷道排水设备、管路及备用物资进行排查,保证管路畅通、设备完好、物资充足。在工作面附近低洼地点提前优化排水系统,提前将低洼地点附近淤泥清理干净,并热备大功率排沙泵。

  3现场应用效果

  15104综采工作面过X14陷落柱过程中,注浆加固区域内煤壁较完整,仅在陷落柱的煤岩交接处,出现了部分片帮显现,片帮深度200~400mm不等,范围约5架。但陷落柱的煤岩交接处是加固的重点区域。生产过程中并未出现顶板破碎、漏顶、冒顶现象;支架状态良好,初撑力、工作阻力均达到了设计要求,未出现倒架、顶梁悬空现象;过陷落柱期间,未出现涌水量增大显现,仅出现了较小范围的坚硬岩石,采用了降低煤机速度缓慢割矸的方法顺利通过,虽然对工作面推进速度造成了一定的影响,但是相比松动爆破影响可以忽略不计。通过提前注浆配合现场各项管控措施,15104综采工作面安全顺利地通过了X14陷落柱。预先对陷落柱内部腔体进行注浆加固,填充内部裂隙,增强顶板稳定性,是安全过陷落柱的前提。15104综采工作面通过采取预注浆方案、松动爆破等措施,安全顺利通过了X14陷落柱,对类似条件下工作面安全回采具有借鉴意义。

  参考文献:

  [1]李强,刘峰,李海斌,等.大断面巷道过陷落柱注浆加固技术应用[J].煤炭技术,2020,39(6):29-30.

  [2]侯意成.小常煤业30222工作面导水陷落柱注浆加固实践[J].煤,2020,29(4):52-53,75.

  [3]蔡红博.石炭系特厚煤层综放工作面过大型陷落柱方法[J].煤,2020,29(3):61-62.

  [4]岳学功.漳村煤矿2802运巷过陷落柱支护技术实践[J].煤,2019,28(12):45-47.

  [5]宋卫华,邸春雷,闫万俊,等.大断面矩形巷道过陷落柱构造带支护技术[J].采矿与安全工程学报,2019,36(6):1178-1185,1192.

  作者:刘浩宇

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