末采工作面三角區(qū)頂板控制技術(shù)研究

樊勝杰

（山西潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

1 概況

余吾煤業(yè)S1206 綜采工作面位于該礦一采區(qū)下部左翼，工作面東鄰一采區(qū)下山保護(hù)煤柱，西鄰一采區(qū)保護(hù)煤柱，北鄰S1208 工作面采空區(qū)，南鄰S1204 工作面未回采區(qū)域。工作面標(biāo)高-312～-430 m，埋深714～821 m。工作面范圍內(nèi)整體地質(zhì)構(gòu)造以單斜為主，無(wú)大的斷裂構(gòu)造發(fā)育，煤層傾向200°～250°，傾角2°～9°，平均傾角5°。工作面主采3#煤層，平均煤厚5.2 m，煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不含夾矸，硬度系數(shù)0.15。工作面?zhèn)雾敳话l(fā)育，直接頂及基本頂均為細(xì)粒砂巖，平均厚度14.2 m，直接底為泥巖與砂質(zhì)泥巖互層，平均厚度為7.2 m，基本底為粉砂巖，平均厚度3.2 m。工作面走向長(zhǎng)490 m，傾斜長(zhǎng)135 m，共計(jì)安裝支架85 架。

2 末采支護(hù)工藝

2.1 末采支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

S1206 工作面推進(jìn)位置距設(shè)計(jì)停采線16.8 m，每刀（循環(huán)）落煤長(zhǎng)度0.8 m，共21 個(gè)循環(huán)。末采段巷道頂板采用“錨網(wǎng)索+W 鋼帶+鋼絲繩”支護(hù)形式[1-3]，末采支護(hù)示意圖如圖1。網(wǎng)片采用金屬菱形網(wǎng)，為提高網(wǎng)片護(hù)表強(qiáng)度，頂板采取鋪設(shè)上、下雙層網(wǎng)措施，網(wǎng)片呈交錯(cuò)布置。結(jié)合末采工藝要求，第4～10 循環(huán)拉繩，鋼絲繩直徑26 mm，繩間距為0.5 m，共計(jì)14 道；第11～21 循環(huán)段采用“錨網(wǎng)索+W 鋼帶”支護(hù)形式；第17～21 循環(huán)范圍施工超前巷，作為回撤通道使用。該段巷道錨桿（索）間排距為800 mm×800 mm，其中，一排施工錨桿、錨索配合W 鋼帶進(jìn)行支護(hù)，錨桿、錨索交替布置，下一排施工錨桿配合W 鋼帶進(jìn)行支護(hù)。

圖 1 末采支護(hù)示意圖（mm）

2.2 末采差異化支護(hù)

（1）上繩。常規(guī)末采支護(hù)從第4 循環(huán)即工作面支架位置前端開(kāi)始，向前回采至第15 循環(huán)即超前巷位置，每循環(huán)上繩一道，繩間距0.8 m，共計(jì)上繩12 道。本次末采采用差異化支護(hù)設(shè)計(jì)，對(duì)末采段巷道采用“錨網(wǎng)索+W 鋼帶”支護(hù)形式，只對(duì)第4～10 循環(huán)范圍進(jìn)行上繩，將繩間距減至0.4 m，鋼絲繩鋪設(shè)14 道。

（2）頂板支護(hù)。常規(guī)末采支護(hù)僅對(duì)超前巷施工范圍即第17～21 循環(huán)范圍采用“錨網(wǎng)索+W 鋼帶”支護(hù)形式，共計(jì)支護(hù)5 個(gè)循環(huán)，長(zhǎng)度4 m。本次末采對(duì)第11～21 循環(huán)范圍全部采用“錨網(wǎng)索+W 鋼帶”支護(hù)形式，共計(jì)支護(hù)11 個(gè)循環(huán)，長(zhǎng)度8.8 m。

3 三角區(qū)頂板管理

3.1 優(yōu)化三角區(qū)頂板管理方案[4-5]

傳統(tǒng)回收支架工藝：抽架→轉(zhuǎn)向→前拉→三角區(qū)支護(hù)（單體柱配合坑木）→三角區(qū)回柱→移老塘側(cè)掩護(hù)架→移煤墻側(cè)掩護(hù)架→運(yùn)架。

優(yōu)化后回收支架工藝：抽架→轉(zhuǎn)向→前拉→移老塘側(cè)掩護(hù)架→移煤墻側(cè)掩護(hù)架→運(yùn)架。

（1）根據(jù)以往工作面三角區(qū)支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，支架前拉后，采用單體柱配合坑木對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，每抽架一次對(duì)頂板進(jìn)行一次支護(hù)，頻繁往復(fù)進(jìn)行。對(duì)此次末采段巷道頂板支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化后，頂板直接采用錨網(wǎng)索及鋼絲繩進(jìn)行支護(hù)，取消單體柱配合坑木支護(hù)形式，省去支、回單體柱工序。

（2）針對(duì)以往工作面回收過(guò)程中出現(xiàn)的掩護(hù)架加固頂板面積小的問(wèn)題，此次回收直接采用了4架掩護(hù)架，進(jìn)一步擴(kuò)大頂板加固的范圍，更利于頂板管理。工作面支架回收示意圖如圖2。

3.2 支架回收工序

支架回收采用掩護(hù)架配合、單架整體回收的方式。支架回收示意圖如圖2 所示，采用第81、82、84、85 架作為掩護(hù)架，由第85 架支架所在位置向轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭方向依次進(jìn)行回收。

圖2 工作面支架回收示意圖

（1）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件及移架難易程度，確定首先移動(dòng)第84 架及85 架支架，之后移動(dòng)第82架及81 架支架，形成交替布置，加固范圍為老塘側(cè)支架尾梁至超前巷煤墻側(cè)。

（2）首先在煤墻幫施工專用抽架錨索，之后使用轉(zhuǎn)載機(jī)大鏈條將錨索與支架底座十字頭連接，降低支架高度距頂約0.4～0.5 m，然后操作支架穩(wěn)定、緩慢前移至具備調(diào)向條件，最后利用下一組專用錨索完成支架調(diào)向作業(yè)。

（3）抽出一架支架后，操作支架以自移的方式前移掩護(hù)架，按照先移老塘側(cè)支架后移煤墻側(cè)支架的順序進(jìn)行，移架后，三角區(qū)不再采取打設(shè)單體柱對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。

4 應(yīng)用分析

4.1 效果分析

（1）增加掩護(hù)架數(shù)量，減小頂板管理壓力。較常規(guī)掩護(hù)架多增加一架，掩護(hù)架與鋼絲繩、頂板“錨網(wǎng)索+W 鋼帶”支護(hù)體系實(shí)現(xiàn)提高支護(hù)強(qiáng)度、增加頂板加固區(qū)域的目的，同時(shí)直接減小待抽支架處的頂板壓力，為順利抽架創(chuàng)造良好的條件。

（2）取消支、回單體柱工序，提高回收安全系數(shù)。較常規(guī)減少單體柱加固的工序，實(shí)現(xiàn)了降低勞動(dòng)強(qiáng)度等目的。

（3）提高護(hù)表強(qiáng)度，強(qiáng)化三角區(qū)頂板管理。采用雙層網(wǎng)配合加密鋼絲繩進(jìn)行護(hù)表，第一道鋼絲繩降至距底板0.2 m 左右，支架后采空區(qū)區(qū)域形成相對(duì)完整的假頂，三角區(qū)頂板均較完整，網(wǎng)片無(wú)開(kāi)裂、斷網(wǎng)及竄矸現(xiàn)象，頂板下沉速度變慢。

（4）常規(guī)末采采用單體柱及坑木支護(hù)三角區(qū)平均每架消耗材料費(fèi)2780 元，本次末采采用“錨網(wǎng)索+W 鋼帶”支護(hù)平均每架消耗材料費(fèi)約1690 元，每架支架節(jié)約材料費(fèi)約1090 元。

4.2 存在的問(wèn)題及整改措施

（1）支護(hù)回收期間，三角區(qū)采用雙網(wǎng)配合鋼絲繩對(duì)頂板進(jìn)行加固，由于網(wǎng)片交錯(cuò)布置及鋼絲繩加密，省去一循環(huán)支護(hù)，末采距離減少0.8 m 即為16 m。

（2）根據(jù)優(yōu)化后末采支護(hù)設(shè)計(jì)，自第11 循環(huán)開(kāi)始采用“錨網(wǎng)索+W 鋼帶”對(duì)頂板進(jìn)行加固。抽架后，第10 循環(huán)與第11 循環(huán)即兩種加固方式交接位置會(huì)形成明顯網(wǎng)兜，需提前一個(gè)循環(huán)即在第10循環(huán)開(kāi)始對(duì)頂板采用“錨網(wǎng)索+W 鋼帶”進(jìn)行加固。

（3）超前巷（回架通道）施工完成后，支架頂梁處第一排錨網(wǎng)索支護(hù)與老塘側(cè)菱形網(wǎng)受頂板來(lái)壓出現(xiàn)網(wǎng)片斷開(kāi)現(xiàn)象，需提高網(wǎng)片護(hù)表強(qiáng)度，在下次末采至超前巷位置時(shí)，在該位置鋪設(shè)3 層菱形網(wǎng)。

5 結(jié)論

結(jié)合余吾煤業(yè)S1206 工作面實(shí)際地質(zhì)采礦條件，對(duì)末采段巷道采取加密鋼絲繩、鋪設(shè)雙層網(wǎng)配合“錨網(wǎng)索+W 鋼帶”，并輔助以增加掩護(hù)架來(lái)控制抽架后三角區(qū)的頂板，取消了常規(guī)單體柱支、回工序，實(shí)現(xiàn)減少材料消耗、降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度、加快回收進(jìn)度等目的。實(shí)踐證明，末采工作面頂板采用差異化支護(hù)方式切實(shí)可行，為其他礦井類似條件下末采工作面頂板支護(hù)提供了借鑒意義，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。