四台矿404盘区10#层于2001年底开采结束,为保证盘区正常接替,必须开采404盘区下部11#层。404盘区10#层与11#属极近距离煤层,层间距不稳定。我矿从科学合理的盘区开采设计到首采面8423工作面掘进、开采的成功完成,总结出宝贵的理论基础和实践经验,形成一套完整的极近距离煤层采空下开采技术。
1盘区概况
11#层404盘区所处的开采水平为1045水平,上部10#层均已回采结束,盘区走向长度1340m~1770m,倾斜长度1180m。煤层包括11#层和盘区中部1000m段11#层与12-1#层合并层,厚度2.0m~7.4m,平均厚度4.0m,煤层倾角10~60,平均30,煤层与10#层层间距0.4m~1.5m,平均1m。
404盘区内地质构造复杂,有陷落柱4个,断层分布较密集。11#层顶板为粉细砂岩互层、层理、节理、裂隙发育,稳定性差,掘进和回采时顶板不易维护,易发生漏顶事故。
2、开发方案说明
2.1 盘区巷道布置
10#层、11#层盘区巷道采用联合布置方式,开采11#层时,利用现有的开采10#层已布置的3条沿南北向布置的盘区巷,平行1045轨道大巷依次布置轨道巷、盘区皮带巷、盘区回风巷。盘区轨道巷、盘区回风巷布置在10#层,盘区皮带巷布置在11#层。顺槽巷倾斜布置,即东西向布置。如图1所示。
2.2上下顺槽内错距的确定
11#层受上覆10#层采空区及层间距的影响,根据上部采空区塌落稳定后采空区及巷间煤柱的压力传递范围,同时结合同煤集团公司王村矿近距离煤层开采经验,选择11#层工作面与10#工作面内错式布置。
根据顺槽平巷矿山压力显现规律,11#层顺槽在其与10#层层间距确定的情况下,应布置于压力的传递影响角以外,压力影响角与煤层倾角、层间岩石性质有关,一般情况下当煤层倾角小于250时,压力影响为250~450,11#层上覆10#层煤层倾角一般为00~80,所以上下顺槽内错距应按水平煤层压力影响范围公式计算:
3、首采面8423工作面开采情况
3.1 11#层8423工作面基本概况
11#层8423工作面相对上部10#层8423工作面内错布置,两顺槽均内错4m,工作面走向长度1510m,可采长1368m(前窑村保护煤柱142m),工作面倾斜长度134m。工作面地质情况见表1。
3.2 首采面8423工作面掘进情况
3.2.1 实体煤下巷道掘进情况
8423工作面上覆采空区段为400m~1200m,在非采空区段巷道掘进时皮带巷高度为2.8m,宽度为4.0 m,轨道巷高度为2.8m,宽度为3.6m,两巷均沿11#层顶板掘进,支护形式为锚杆网、锚索联合支护。切巷宽6.5m,高2.8m,锚杆、锚索联合支护。
3.2.2 采空区下巷道掘进及维护
由于10#层与11#属极近距离煤层,且层间距极不稳定,其中800m范围采空下10#层与11#层间距0.4m~1.5m,平均1.0m,所以巷道掘进时采用留设11#顶煤掘进,支护采用锚网和工字钢棚联合支护。
巷道在采空区范围下掘进时压力显现非常明显,在2423巷具体表现为:所留设的顶煤由于节理裂隙发育,整体性差,加之顶板压力大,顶煤相当破碎,顶煤边掘边冒,掘进时随掘随冒,冒顶长度总计为130m,冒顶宽度为1.5m~2.5m高度为0.9~1.4m,冒顶区瓦斯积聚超限,一般为3%~12%;能留住的顶煤处,由于顶煤已破碎,托于工字钢棚上方,压力显现:工字钢棚梁严重变形。
为了提高近距离煤层留顶煤复合顶板巷道顶板的稳定性,我矿在极近距离煤层巷道11#层5423、2423巷首次进行了小孔径全长锚固螺纹钢锚杆试验,该试验不仅实现了锚索和锚杆支护机具统一采用气动锚索钻机,大大提高了锚杆支护的安全可靠性,而且由于对锚固区的围岩整体约束,使锚杆支护系统刚度大大增强,有效的控制了顶板变形。为了解决锚杆托板压烂、锚杆螺帽压飞、锚杆杆体被拉断带来的支护及安全问题,我们采取了打2.0m短锚索加强支护的措施,支护能力大大提高,支护效果非常理想。
针对棚梁压弯严重的现象,我们及时把棚距由0.8m改为0.5m,在压弯的棚梁下支设单体液压支柱和木桩防止变形加剧。同时主动掌握近距离煤层矿压显现特点及动压规律,在掘进巷道中每隔100m安装一块压力盒,定期观测压力显现情况,发现压力大时,及时采取措施进行处理。
通过以上支护工艺变更后巷道维护虽得到了一定的改善,但由于留设的顶煤节理裂隙发育,整体性差,加之上覆采空冲击压力的影响,仍经常发生顶煤边掘边冒的现象。为了更主动的超前解决巷道维护问题,我矿与中法合资山东兖州浩珂伟博矿业工程有限公司合作,采用该公司生产的马丽散聚合产品对巷道顶煤进行超前加固,利用艾格劳尼聚合产品对漏顶区进行中空填充以防治瓦斯积聚,超前注入马丽散后,顶板的整体性得到加强,有效的防止了冒顶的发生,巷道矿压显现明显减少;对冒高区采用艾格劳尼泡沫充填,有效的治理了冒顶空洞的瓦斯积聚。
新技术的不断使用保证了巷道的安全掘进,简化了施工工艺,减轻了工人的劳动强度,提高了巷道的单进水平,为8423工作面按期圈出及安全顺利回采打下了坚实的基础。
3.3 8423工作面回采情况
11#层8423工作面从2001年10月1日正式生产,现已顺利回采150d,总进度1200m,工作面经历了从实体煤下→采空区下→实体煤下的安全回采,累计总产量63万t,平均日产3800t,最高日产7000t,最高月产13.5万t,最低月产10万t。