“三软”煤层采面上下付巷替棚支护形式改进

2022-09-23

1 概况

米村矿现开采二1煤层, 深度450m, 是典型的“三软”煤层。顶板极易破碎造成空顶, 底板松软, 支柱极易钻底下。采煤工作面回采时, 由于回采工作面超前应力的作用, 工作面超前20m范围内支架往往被压坏变形, 造成巷道低, 影响通风、行人、运料, 安全没有保障, 不得不进行扩修更换原支架, 才能满足生产的需要。

采煤面上、下付巷原掘进成巷采用的U型钢或工字钢支护, 当工作面回采推进时, 这些支架不能随着工作面切巷同时推进, 一方面支护断面大, 占用空间大, 难以维护, 另一方面支架进入采煤工作面控顶范围内, 空间小, 又与采煤工作面支架不一样, 顶板不易管理且支架回收困难。

2 替棚支护形式比较

采煤工作面上、下付巷替换原开掘巷道的支护有几种支护形式, 其优、缺点如下:

2.1 U型钢支护替换成工字钢支护

用工字钢超前对U型钢支护替棚, 回采安全出口10-20m时再更换为坑木作梁配合工字钢腿支护形式。这种方法适用于孤岛采煤, 压力较大, 需要空间较大的综采工作面上、下付巷替棚。260061综采工作面下付巷部分地段的扩修替棚使用了这种方法。当采用工字钢替棚后, 在工作面超前20m范围内应力的作用下而被压坏变形、断面小, 不能满足安全生产的需要, 不得不采用坑木作梁配合工字钢腿二次扩修替棚支护。该方法进行二次替棚支护, 不仅浪费损失坑木, 而且消耗两次扩修替棚工时;另该替棚支护形式在对顶板二次支护期间, 反复支撑, 增加了巷道的下沉量和下沉速度;在采面超前压力的作用下, 坑木梁易断折, 造成巷道断面缩小, 影响通风及行人, 增加了巷道维护工作量。

2.2 工字钢梁配合单体液压支柱替棚

工字钢梁配合单体柱液压支柱支护形式。这种替棚支护适用于采煤工作面上下付巷原断面较大, 压力不大的上、下付巷替棚。但在回采时必须由2名职工超前把工字钢梁更换为2.4m或2.6m坑木梁然后回采, 这样就无形的投入了工时, 而且坑木在盲巷里很难回收, 即使回收出来, 使用过的坑木再用价值很低, 有的甚至无法复用, 从而增加了生产成本。

2.3 小径木配合液压支柱替棚形式

该工艺适应矿压影响较小的巷道, 在回采到安全出口时直接采用小径木随推进替换原支护形式, 替棚技术工艺简单, 所使用的小径木直径8-10cm之间, 价格便宜, 便于采购;该工艺虽然克服了上述两种支护形式回收复用较低等弊端, 但在压力较大的巷道对顶板管理存在较大弊端的同时材料回收复用率较低。

2.4 端头液压支架支护与π型钢梁配合单体液压支柱替棚形式

该工艺适用范围广, 不需要使用坑木, 由于使用的支护材料与工作面切巷一致, 上、下安全出口容易对接, 支护难度不大, 每回采1米节约1个工时并且不使用坑木, 不存在材料浪费损失现象。但要经常检查单体液压支柱完好情况, 经常补液, 防止支柱漏液卸载、掉梁冒顶。

为有效提高采面端头支护强度, 提高顶板管理安全系数, 增加尾巷人员回收作业空间, 在采面上下端头安装使用了WHZJ型自动歩移支架, 该支架采用双梁平行相并结构, 正常使用时该支架的8根支柱支撑顶梁, 移架时, 右梁支撑, 左梁卸载, 右架移架千斤顶拉动左梁整体前移1.0米后在支撑;同样方式移动右架, 从而达到循环支撑, 自动歩移;在回采拉移支架前只需先对所回π型钢梁下方打上液压支柱, 待支架拉移后采场人员就可以不费多余工时对其快速回收;为找出使用后的矿压变化规律, 对其进行了顶底板移近量及支架载荷的观测, 矿压观测根据以往经验从工作面前方5-30m共设三个观测站, 每个测站共设三个观测断面, 其中两个观测支架载荷, 一个观测顶板下沉速度, 所用仪器为顶板动态监测仪和压力盒。监测结果如下表1所示:

从以上同一采面不同支护形式分析可以看出, 前三种替棚支护形式应予以淘汰, 优先选用端头液压支架支护形式与π型钢梁配合单体液压支柱替棚。

3 效益分析

米村矿回采的26071上付巷800m、21071上付巷260m、28051B面上下付巷200m, 共计1460m巷道均使用端头液压支架支护形式与π型钢梁配合单体液压支柱替棚, 节约坑木304.17m3, 坑木按1300元/m3计算, 节约资金395416元。节约工时1460m×1工/m=1460个工, 每工按100元计算, 节约工资146000元, 共节约资金541416元。若采用其它替棚支护, 不仅仅浪费消耗了坑木, 还投入了大量工时, 还因运输投入了电力资源和装卸费用。