孤岛综放工作面防倾滑块挖潜技术研究

孤岛综放工作面防倾滑块挖潜技术研究

随着煤矿资源的减少，米村开采顶板业务主要集中在采矿支柱，运输材料和运输煤路的矿压特别明显，对道路维护造成了一些影响。为了改善运输环境，提高维护强度，我们选择了26个最具代表性的区域，并对采样进行了研究和试验。1工作面布置方案米村煤矿26扩大区煤柱工作面走向长313m,倾斜长201m,运料巷、运煤巷均采用12.5m229U型钢金属支架支护,在超前煤壁20m范围采用2.8m的液压支柱与巷道规格相符的3.6m的Π型钢梁进行单棚替棚,切巷采用ZFZ3600-19/28LT支护,采用倾向长壁后退式综合机械化开采,全部垮落法控制顶板。该工作面北为已回采结束的21061工作面,东部沿260031工作面采空区边缘掘巷,南部为26扩大区胶带巷、轨道巷石门。西部分别为仅回采结束不到25,35d的260071、260051工作面及已回采结束的260061工作面,局部在260061工作面采空区内布置,且工作面存在2条不同层位(局部分别在煤层、煤层顶板、煤层底板)沿走向回采的26扩大区运煤巷、运料巷(图1)。在采面开始组织生产前,运煤巷、运料巷按照上述施工方式进行了替棚施工,但往往施工不到3d时间,替棚所使用的液压支柱就出现柱腿歪斜、柱爪不卡Π型钢梁牙、棚梁下沉等现象,局部段在回采推进5m后,原替棚2.5m的高度降低到仅1.5m,巷帮支柱有2/3出现憋帮、支柱歪旋现象,进入尾巷后棚梁变形、断面缩小,无法回收支护材料,给该面造成大量的人力、物力、财力的浪费。2巷道围岩应力集中,巷道支护困难(1)受跳采影响,该面属于典型的孤岛综放工作面,受其影响巷道围岩及煤体破碎层松动厚度大、巷道围岩赋存状态复杂、采动影响强烈、单一和被动支护方式是造成回采巷道变形破坏的原因。(2)由于采面周围均为采空区,煤层开采引起回采空间周围岩层应力重新分布,尤其在回采空间周围煤柱上造成应力集中,导致布置在煤层中的巷道变形急剧增大,采空区侧向支承压力的作用以及邻近采面动压影响,致使巷道围岩变形加剧,承载结构受到严重影响,巷道维护困难。(3)当矿压大于U型钢支架承载能力时,U型钢棚变形损坏,支架低阻滑移严重,导致巷道断面减小,这是工作面两巷难以维护的主要原因。(4)平时施工过程中,采取了增加抬棚个数加固维护巷道措施,切巷采取了降低采高和落巷措施,为减少大面积打渣现象,提高煤炭发热量,端头支架在回采到位时,回采帮采取了巷顶卸压上提支架高度措施。受端头支架拉移时棚梁上下活动影响,所架设的支架受压不均,如此反复卸压、支撑,使顶板完整性多次受到破坏,增加了巷道的下沉量,增大了下沉速度。3屋顶维护针对上述问题,在回采过程中从主动支护、维护顶板稳定技术着手,采取了以下措施。3.1u型钢超压板支设在运煤巷超前替棚12m范围外,根据运煤巷转载机胶带机尾滑道上有效高度为2.0m、宽度为2.4m,同时兼顾行人宽度不低于0.7m的限制,实施了U型钢超前打设增压点柱技术,即采用U型钢单块卡缆配0.4m的花边Π型钢为支撑底座,长度以满足支设1根液压单体支柱位置为准,上方采用L型螺栓固定在U型钢支架∩型处,为防止顶压造成支架下沉,减少钻底量,液压单体支柱下垫道木,增加接触面积,从而达到有效提高支架整体性和稳定性目的。3.2u钢展开结构加固(1)框架型联锁器支护工艺在回采过程中对超前支护运料巷、运煤巷替棚6～8m范围外,首先按照巷道断面量取了所需支护支架尺寸,采用了Π型钢U型支架支撑技术。但在使用过程中发现支架受较大压力后,在替换U型支架时易出现“上下窜动”易伤人的安全隐患、巷道局部变形后原所加工的尺寸不符合支护要求等缺点,为进一步达到支护要求,将Π型钢U型钢支架中原来为1整根(一般长2.3～2.5m,运送为2人抬运的支架)改为两截式,长度为1.6～1.8m,相互搭接不少于1.0m,连接部分采用框架型联锁器进行加固(图2)。为增加摩擦力,在两平面中间垫设旧胶带条,U型钢伸缩梁支架投入使用后,具备了连接简单、灵活性强、可操作性强、作业人员易掌握、劳动效率高等优点。(2)u型钢伸缩支架下巷道①架设要求。侧压较大地段自采面上下安全出口向外替棚8m以外开始架设U型钢伸缩支架,每架采用2道间距均匀的联锁器连接,采用340mm螺栓加固;加固长度为运料巷超前支护15m,运煤巷超前支护12m。②架设方式。原则上在运料巷替棚过程中采取“边回边架设”依次循环作业方式。③架设标准。上下搭接时顶梁以行人帮在上为准,顶梁平直,联锁器以中间一道为标准,其他2道均匀布置,架设后的支架成一个平面、联锁器、支柱均成一条直线,支柱手柄、注液阀朝向,支柱明柱高度、尼龙柱鞋使用均与替棚后架设抬棚标准一致;架设U型钢伸缩支架后的巷道,运料巷保证行人宽度不少于1.3m,运煤巷宽度不少于0.7m,巷高不低于2.0m,并将浮煤杂物清理干净。④架设U型钢伸缩支架。先量取巷道断面有效尺寸,根据尺寸将2根支架进行搭接,搭接部分采用与工字钢宽度、搭接长度相符的旧胶带垫设后,用螺栓固定,然后在巷帮采用液压支柱缓慢注液升起,直至与其他所架设的U型钢伸缩支架水平,紧固螺栓,并对支柱进行二次注液,保证支柱初撑力不低于50kN。⑤站柱。若柱的位置与支架接触点无法卡入牙形槽时,则必须采用片木或旧胶带垫设,杜绝面与面之间直接接触,且支柱防倒设施齐全、可靠。⑥卸U型钢伸缩支架。首先对两帮液压支柱进行少量卸载,降低对顶梁的支撑力,然后由两端向中间逐步松动螺栓,待支架受力缓解后进行拆除,拆除过程中人员应避开U型钢伸缩支架上下窜动波及范围,待其松动后,人员应站在已架设好的U型钢伸缩支架巷道下方,采用1.5m长的钢钎撬除支架。施工过程中1人作业、1人指挥,其他无关人员严禁进入施工范围,待U型钢伸缩支架安全下落后,指派专人观察帮顶围岩情况,待隐患排除、确认安全无误后,方可组织人员进行搬动。3.3.2.2推广型钢梁替棚为应对尾巷回收顶底板移近量大、矸石易塌落埋压顶梁、人员回收比较困难等不利因素,及时调整了技术思路,在超前支护8m范围内将原Π型钢替棚技术在综采工作面进行了尝试,将原整根Π型钢支架分别加工成长1.6,2.6m的Π型钢梁(用于运输巷),长1.6,3.0m的两截式Π型钢梁(用于运煤巷),采取上下相互搭接的连接方式进行超前替棚。施工前根据巷道断面,提前将长短梁固定连接牢固,两梁搭接以长梁在下、短梁在上、运料巷短梁在上帮、运煤巷短梁在下帮、各自搭接1.0m为原则,用联锁器对搭接段两端距Π型钢端头0.5m处进行固定,替棚后的巷道要及时采用铰接梁配液压支柱打设抬棚,在进入采空区进行回收时,采用1.5m长Π型钢先套棚,然后用单体液压支柱点在长短梁搭接的中心,将固定在长短梁上的挡板、螺丝去掉,逐步回收支架;但在使用时要求所上的螺帽必须超过4个丝扣、抬棚必须站在搭接位置下方,防止螺栓受压变形造成断裂伤人事故。3.4钢梁的制作为防止支架受力后,液压支柱出现脱离Π型钢梁牙造成支柱憋帮伤人、多次活柱现象,根据采面施工用途及Π型钢规格尺寸,事先在库房对所用的Π型钢梁进行加工:在距Π型钢梁头两端第3个牙位置,上下2个平面均采用20mm钢板焊接宽15mm防支柱倾倒装置,钢板焊接后周边无毛刺,并在其装置内面焊接M15螺帽穿钢丝绳预防伤人装置。3.5松开臂去除压力(1)液压支柱卸压该技术实施后虽然减少了超前支护维护段的次数、人员工效的投入,但通过对巷道顶底板、两帮移近量观测,支架仍存在受压下沉、液压支柱柱腿憋帮现象,根据巷道收敛、受压情况,为保证替棚期间梁头抓帮,不抓帮之处采用充填煤袋或背设道木等措施加固后,在站设液压支柱时对巷帮进行掏槽卸压,卸压槽以距支柱200mm为宜。卸压槽的挖设,有效杜绝了液压支柱憋帮、损坏现象,减少了日常额外维护工效的投入;需注意卸压期间必须保证梁头抓帮,并事先对巷道进行浅孔注水,巷帮卸压区松动的椽子要采用网绳捆绑处理。(2)煤体湿湿性测定Π型钢卸压技术实施后效果明显,为进一步采取主动维护,首先按照巷道轮廓对上下两巷进行了浅孔注水,沿巷道轮廓均匀打4个孔,间距3.0m,钻孔角度与煤层夹角为10°～20°上仰角,孔深6～8m,时间均在1.5h以上,以煤体充分湿润为准;然后采取松帮卸压,施工顺序按照采面走向长度采取由外向里滞后浅孔注水20m外进行施工,施工位置自U型支架卡缆二码向下位置,施工时先对U型钢支架二码处采用探煤钻杆对巷帮卸压段打1.8m长的木锚杆进行加固处理,然后沿阻燃网搭接位置对巷帮进行松帮卸压,对于卸压深度超过0.5m段,采取先用蜂窝塑料网配合Ø20mm×1.8m木锚杆、400mm×150mm(宽×厚)木盖板进行锚固,后进行补充注水方式进行处理(图3)。4提高了材料回收效率为检验综合维护的效果,在回采过程中,对采面支护实施段进行了顶板监测,通过矿压观测可知:①Π型钢伸缩支架的应用,实现了一次投入、多次使用,把成本降到了最低;运用后,解决了尾巷断面小、减轻了人员劳动强度,提高了尾巷材料回收效率。②在原有替棚施工的基础上,无需额外增加人员对替棚巷道进行二次维护,且满足了生产需要。③增设防支柱倾倒装置后对采面运煤巷、运料巷液压支柱配Π型钢支护进行了更换处理,有效解决了单体液压支柱脱柱爪现象、杜绝了倒柱伤人事件发生。④自综合维护技术实施后,有效增加了