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复合顶板切眼工艺设计研究

[摘要]在煤矿开采过程中,合理选择复杂煤层的开采工艺,是确保煤矿安全生产的关键,结合晋华宫矿6192工作面实例,分析了开采现场地质条件,论述了工作面开采工艺设计,通过应用采煤机刷宽开采工艺,保证了开采作业安全,提高了开采效率,降低了成本投入,取得了明显的经济效益与社会效益。

[关键词]复杂煤层;综采;工艺设计

1问题的提出

随着我国煤矿开采深度的不断增加,煤层赋存条件变得越来越复杂,在一些复合顶板、工作面跨度较大区域的开采作业过程中,开切眼是工作面掘进以及支护工作中重点、难点。若采用一次成巷工艺,因为一次暴露出的顶板区域相对较大,很难进行支护以及掘进作业,会导致开采过程中出现较大的困难;若采取锚带网以及锚索的支护方法,利用分次掘进开采工艺,因为需要相对长的周期,容易导致采掘比例失调。针对复杂煤层的开采工作,设计适宜开采工艺是极为关键的,经过大量的研究并结合以往经验得出,采用采煤机刷宽切眼开采工艺能够取得良好的效果。晋华宫矿6192工作面直接顶为灰黑色泥质粉砂岩,厚度0.6~2.1m,其上有2层厚度为0~1.5m的薄煤层,复合顶总厚度为4.6m。开采中顶板极难控制,顶板管理难度大,且受压时极易出现变形,从而影响工作面的支护质量。落差在3m以内的断层及破碎带分布较多。底板的岩性由上至下分别是:直接底为厚度为0~1.2m的灰色泥质砂岩,含有相对多的植物化石;老底为厚度为6.1~7.9m的黑色粉砂岩,呈泥质胶结状态。

2工作面工艺设计

(1)工作面之前切眼支护采用锚带网支护形式,个别位置采用钢棚支护,顶板、两帮均采用金属网以及M型钢带加固处理,部分部位采用塑料菱形网对两帮进行加固处理;钢带排距为0.8m;顶板一共设有4排锚杆,锚杆间排距为0.8m,切眼宽度为2.6m,长度为169m,高度为2.5~2.9m。(2)在对切眼进行开帮作业之前,应当制定合理的通风、供电、防尘以及排水等措施,将施工使用的所有器具全部备齐待用,同时把切眼中的浮煤、浮矸以及杂物等全部清理干净。(3)依照现场情况并结合以往开采经验,决定此次利用采煤机进行剥帮作业。即采煤机进行割煤作业4刀,循环进度为0.6m,深度为2.4m,确保切眼在剥帮作业之后的最大控顶距为5.2m。在进行剥帮作业之前,首先把切眼中的运输设备依据从上至下顺序,靠向西帮并顺直。等到煤机推移完成后,再推移输送机,防止发生急转弯现象。(4)在运输机靠近西帮位置后,对煤壁侧的螺盘、螺帽和棚腿进行分段回撤处理,每次回撤长度约10m。在进行螺盘以及螺帽的回撤作业时,需要利用专门的工具器械,保持从下至上、从低至高的回撤顺序。作业人员应站立于上方位置,不允许站立在受力方向上。若压力相对较大,则需要事先利用镐或者撬棍等工具器械把煤壁刨酥,避免螺锚崩出对人员造成安全威胁。在进行棚腿回撤前,在棚头部位,首先要采取每2个加棚间打上锚索的方法进行固定处理,确保棚头能够被前方以及后方的锚索拖住[1-2]。(5)在首排锚杆施工完成后,在切眼距离东帮1.4m处设加强点柱,相邻2个点柱的距离为1.5m,沿着倾向方向确保在同一直线上,在锚杆全部施工完成、且运输设备已经靠煤壁侧后,在接近运输设备位置再次加设另外1排点柱,2排加强点柱的排间距为2.1m。加设的加强柱型号为DZ29型单体液压支柱,下部加铁鞋,同时拴上防倒绳,确保初撑力>90kN,不允许超高使用液压支柱;若是支柱高度要求达不到时,则采用直径超过200mm木柱进行支撑,确保使用的木柱无质量问题,并且将木柱架设在坚硬的底板上,使用木楔将木柱挤压牢靠,保证木柱能够起到应有的支撑作用。(6)在采煤机到溜头位置后,应当在吃刀茬和支护作业完成后才能进行吃刀作业;在完成吃刀作业后立即依据以上的施工顺序开展支护施工,然后再将溜头以及输送设备推移处理,开展下一个循环。具体施工工艺如图1所示。

3工艺技术应用分析

此综采工艺在6192工作面应用后收到了非常好的效果,具体表现在以下方面:(1)工艺更为简便,开采速度快,开采效率高。与以前的爆破切眼开帮工艺相比,采用采煤机进行开宽作业,能够避免爆破施工,也能够有效地减少临时支护作业量,使得整个工序得到极大地简化,同时也确保了施工速度的提升,有效地改善了开采效率。(2)有效地减少开采过程中原材料的消耗,降低了开采成本。因为无需过多的支护作业以及爆破作业等,使得支护、爆破过程中消耗的材料大大减少,成本投入显著降低,可获得非常好的经济效益。(3)员工作业强度降低,更全面地发挥出了机电设备所拥有的效能。以往在进行开采过程中,多是利用爆破工艺以及人工擂煤的方式,而且支护也多为人工架棚支护,劳动强度非常大。在采用采煤机进行开宽切眼工艺后,结合锚网带联合支护工艺,显著降低了作业人员的劳动强度。(4)利用锚带网以及锚索进行联合支护施工,同时加设点柱支护手段,对于一些大断面巷道施工作业提供了很好的参考,同时也为煤矿掘进创造了新的工艺。

4工艺技术适应条件

通过实际开采试验得出,该种工艺技术具有较强的可行性,基本能满足各项施工要求。不过,若顶板属于Ⅰ类不稳性顶板,应当慎重使用此种工艺方法,具体原因为:(1)因为顶板破碎度相对较大,存在严重的裂隙发育,导致顶板的压力较大;同时巷道也会出现相对大变形,因此,通常情况下切眼巷道顶板的支护均是架棚支护方式。在应用采煤机进行开宽作业过程中,临时支护施工量大,对机刀维护也相对困难。此外,顶板也极易发生破碎问题,不适宜应用锚带网支护的方式对顶板进行支护。(2)由于顶板破碎度、裂隙发育严重,导致顶板变形量大、变形速度快,很多情况下在顶板锚杆眼作业完成后,由于钻孔发生了变形,导致打锚孔作业不能继续施工,此种状况下开展的锚杆施工作业,锚固力将显著下降,很难有效控制顶板,导致支护作业的质量显著降低,从而严重地影响到掘进效率。(3)由于受到顶板破碎的影响,采煤机进行大断面开宽作业时,导致机道所出现的空顶面积非常大,对空顶进行维护较为困难,若不能及时进行支护处理,会容易引发冒顶事故,给煤矿开采的安全性带来极为不利的影响。由于上述种种因素的影响,当顶板属于Ⅰ类不稳性顶板时,不建议采用此种开采工艺;在进行开采工艺选择的过程中,应当慎重考虑各方面因素,确保煤矿开采作业的安全性与高效性。

[参考文献]

[1]孙旭.薄煤层综采工作面生产工艺、生产实践与发展走向[J].黑龙江科技信息,2017(1):143.

[2]马存金.复杂地质条件大倾角煤层综采技术及安全措施[J].中国科技信息,2017(增刊1):63-64.

作者:于存江 单位:大同煤矿集团有限责任公司

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