1 过空巷支护技术研究
工作面靠近空巷时存在安全问题,主要是因为工作面前方的应力与空巷周围的应力叠加,导致工作面回采时顶板管理存在巨大的困难。为此需要采取措来避免回采过程中出现冒顶或压架的问题。对于这种情况,不仅可以采用空巷充填支护技术,还可以采用
空巷临时支护技术。下面将分别进行介绍。
1.1 空巷充填支护技术
在回采工作面之前,用充填材料填满空巷的空间,从而有效控制回采时巷道的变形;充填之后,巷道的顶板得到有效支撑,可以减轻回采工作时的应力集中问题,故将这种技术称之为空巷充填支护技术。该技术的优势是不会影响到工作面的正常回采速度,操作起来十分简便。一般情况下,为了保证充填支护的效果,充填材料在凝固后应该具有一定的强度,以实现对煤层顶板的支护作用。与此同时,充填材料在凝固后不能硬度太大,其凝固后的硬度应该小于煤体的硬度,这是为了保证回采时采煤机能正常切割充填体[3]。虽然充填支护技术能很好地满足回采工作对安全的要求,但还是存在充填成本较高的问题。现在市场上用的充填材料的价格多在几千元每吨,在煤矿行业利润普遍降低的情况下,这种高成本的支护方式还是值得虑的。充填体在回采后不能二次利用,在某种程度上讲它是一种废弃物,还容易引发环境污染问题。因此,采用这种方式进行空巷支护时,需要考虑如何实现回采效率与成本之间的平衡。
1.2 空巷临时支护技术
鉴于空巷充填支护技术较高的成本,当工作面内空巷的数量较多时,更多采用的是一种低成本的临时支护技术。这种支护技术主要是采用金属网、铰接梁和单体液压支柱来进行加强支护,如图 1 所示,其具有支护强度高、成本低的特点,但支护的效率非常低,影响了工作面的正常回采速度。在采用空巷临时支护技术时,要根据采煤工作面与空巷的距离选择合适的支护方式。当工作面距离空巷比较远时,工作面超前支护长度控制在 15 m 左右;当工作面距离空巷比较近时,超前支护的长度应该控制在 20 m 以上。此外,当工作面靠近空巷时,还需要在液压支架上方铺设金属网,以避免在回采工作面靠近空巷时压力过大而发生冒顶事故。当工作面通过空巷所在区域时,必须加大超前支护的强度,一般是将单体液压支柱的支护密度加倍,以此来保证对工作面顶板有足够的支撑力,以免压死液压支架。支护的密度并不是固定的,需要根据实时监测的液压支架的应力数据进行调整,如果发现液压支架的压力过大,要及时停止回采,找出存在的问题并解决。通常情况下,单体液压支柱的排距在 1 m 左右,柱间距在 1.5 m 左右。
2 过空巷的安全技术管理
2.1 控制过空巷时的回采速度
虽然已经对空巷采取了一些支护措施,但是并不能保证回采安全。这是因为回采时支承压力的集中数与回采速度还存在一定的关系,回采速度越大,支承压力的系数越大,回采的安全性也就越差。回采速度慢时,虽然可以保证生产安全,但不利于快速通过空巷,影响了生产效率。因此,要根据实际情况,选择合适的回采速度。选择回采速度的参考标准就是监测液压支架的压力,当液压支架压力较大时,要适当减慢回采速度;当液压支架的压力与工作阻力相差较大时,可以适当加快回采速度[4]。
2.2 做好通风安全管理
当工作面推进到与空巷的距离比较近,10~20 m 的位置时,要根据实际情况,重新进行通风规划。通风规划中的重要内容是要关注空巷中的瓦斯排放问题,保证工作面通过空巷时瓦斯不会超标。这就要求充分估算空巷中的瓦斯量和巷道中的风量。如果在估算后发现风量不能满足作业要求时,应该禁止进行回采作业,以免引发安全事故。在回采过程中,如果发现存在瓦斯涌出量异常的情况,应该立即停止作业,将所有人撤离到工作面以外,待瓦斯恢复正常且查明情况后,方可继续进行下一步作业。
2.3 做好回采过程中的顶板管理
当工作面靠近空巷时,要进行加强支护,保证空巷内部以及周围回采巷道的稳定性。为了确认空巷周围的应力情况,一般采用钻眼法进行测试。测试时,需要关闭回采设备,设置好安全警戒,待确认安全后方可继续施工。在回采工作面贯通空巷后,要确保液压支架、支护、刮板输送机符合“三直一平”的基本布置要求。考虑到空巷的顶板可能比较破碎,需要及时进行移架作业。与此同时,还可以通过敲帮问顶的方式来确定岩层的完整情况。在工作面通过空巷 10 m 后,可以适当降低超前支护的强度。在空巷进行支护或撤柱时,要遵循以下几点:a) 人应该严格遵守煤矿作业制度,保证操作准确无误;b) 工作面与空巷贯通后,对空巷进行作业时,需要关闭相应的回采设备,不得私自启动回采设备,以免出现安全问题;c) 要确保作业安全,严禁在空顶情况下作业或长时间作业,要保证支架位移的合理性,之后再由工作人员做好安全措施,手持电缆跨入工作区域内完成作业;d) 距离空巷 5 m 作业时,要确定工作区域巷道顶板的完整性,这可以通过敲帮问顶来完成。
3 结语
当回采工作面中存在空巷时,会严重威胁工作面的回采安全,因此,必须采取有效的措施来保证工作面的回采。一种方式是在回采工作面过空巷时对空巷进行充填,这种方式不会影响到工作面的正常回采速度,操作起来十分简便,但需要考虑支护成本;另一种方式就是对空巷进行临时支护,这种支护技术主要是采用金属网、铰接梁和单体液压支柱来进行加强支护,具有支护强度高、成本低的特点,但支护效率非常低,影响了工作面的正常回采速度。除了空巷区域加强支护以外,还应该做好空巷回采时的安全管理,主要有控制过空巷时的回采速度、做好通风安全管理以及做好回采过程中的顶板管理。