堅硬頂板綜采面過空巷快速施工撤架通道技術研究

侯波濤

（晉能控股煤業集團晉城煤炭事業部，山西 晉城 048000）

綜采工作面撤架通道是工作面回采結束時能夠順利回撤機電設備及液壓支架的安全保障，撤架通道尺寸必須綜合考慮液壓支架參數、頂底板條件、風量需求等進行科學設計，在滿足需要的前提下應盡可能縮小撤架通道斷面，避免出現不足或過度過剩現象[1-3]。目前，綜采工作面撤架通道施工一般分兩種工藝：一是預先施工，即在停采線位置提前掘進出撤架通道，工作面直接推進至撤架通道后停采；二是即時施工，即工作面推進至停采線位置后利用采煤機或綜掘機割煤，并利用錨桿、錨索、單體柱架棚等支護形成撤架通道[4-9]。

1 基本情況

1.1 工作面參數

王臺鋪煤礦15#煤層位于太原組底部，直接頂和基本頂均為K2 厚層石灰巖，厚度8.41～10.26 m，屬堅硬類不易垮落頂板。XV3308 綜采工作面煤層厚度2.23～2.78 m，平均2.67 m，煤層傾角1°～4°，平均3°。工作面在圈定過程中受小窯巷道影響，為最大程度回收煤炭資源，工作面被圈定為不規則工作面。其中，一階段走向長度為51 m，傾斜長度為66.6 m；工作面二階段走向長度為229.9 m，傾斜長度為180 m；工作面三階段走向長度為75.8 m，傾斜長度為120 m。工作面采用U 型通風方式，XV33083 巷為進風順槽，XV33081 巷為回風順槽，如圖1。

圖1 XV3308 綜采工作面布置圖（m）

工作面端頭布置2 架ZT16000-16/30 型支架，第一切眼布置ZZ8000-17/32 型液壓支架44 架，推進至與第二切眼對接后為119 架，推進至聯絡橫川需回收液壓支架及工溜中間槽40 套后剩余79 架繼續向前推進，因此，工作面在中期向后期過渡時需要過聯絡橫川（空巷）同時施工撤架通道作業。

1.2 聯絡橫川（空巷）情況

聯絡橫川在工作面圈定過程中為滿足生產系統需要而施工。聯絡橫川平行于工作面，巷道凈寬×凈高=4.4 m×2.5 m，巷道長度為60 m。巷道支護方式為錨桿、錨索、鋼帶聯合支護。頂板4 根錨桿矩形布置，間距1.2 m，排距1.5 m，頂錨索線形布置，排距4.5 m，頂板掛金屬網；兩幫3 根錨桿矩形布置，間距900 m，排拒1.5 m，兩幫掛金屬網。聯絡橫川斷面支護圖如圖2。

2 施工前準備

為避免XV3308 綜采面在利用聯絡橫川施工撤架通道作業過程中受堅硬頂板周期來壓影響，提前采用水壓致裂工藝對采面頂板進行弱化處理的同時補強聯絡橫川支護強度。

2.1 頂板補強支護

超前工作面回采進度100 m 在聯絡橫川內原頂板單排錨索支護的基礎上完成補強支護，在頂板上按2 m 間距、4.5 m 排距矩形布置補強支護兩排SKP22×1/1770×7300 錨索，與原頂板單排錨索成“五花”布置，如圖3。

圖3 聯絡橫川頂板補強支護圖（mm）

2.2 頂板水力壓裂

根據XV3308 工作面回采期間礦壓資料分析，工作面支架工作阻力整體保持中低數值，一般在3000～5000 kN，工作面每推進12～15 m 支架工作阻力有增大趨勢，達到5000～7000 kN，推斷工作面周期來壓步距為12～15 m。為保障工作面在推進至聯絡橫川時頂板能及時完全垮落，減弱工作面過空巷時的礦壓顯現，順利完成聯絡橫川段過空巷和末采作業，在XV33081 巷內在原水力壓裂設計鉆孔的基礎上再對聯絡橫川后方工作面頂板進行水力壓裂。

在聯絡橫川內補充施工7 個鉆孔，孔間距10 m，傾角為15°，壓裂高度為10.9 m，鉆孔長度42 m，鉆孔方向朝XV3308 工作面采空區，如圖4。鉆孔采用Φ56 mm 的鉆頭鉆進，并利用KZ54 開槽鉆頭，分別在10 m、20 m、30 m、38 m 處開槽，38 m 處開槽后繼續鉆進至40 m，用靜壓水將鉆孔沖洗干凈,安裝封孔器后用高壓水泵逐段進行水力壓裂。

圖4 聯絡橫川頂板水力壓裂圖（m）

2.3 調斜工作面

按照15#煤過空巷經驗應將工作面進行適當調斜并快速推進，但本次過空巷同時需施工撤架通道進行上網聯繩作業，為滿足撤架通道工程質量又必須保證80#～119#架與空巷平行，采取縮短撤架通道施工時間來避免過空巷壓力對工作面造成的影響。

（1）工作面利用走機尾不插刀的方式在距空巷30 m 時將工作面調斜完畢，使工作面機頭超前機尾12 m 并保持繼續推進（80#架超前119#架4 m），同時保證溜子直線度且在推進過程中控制好溜子不竄后，如圖5。

圖5 工作面調斜示意圖（m）

（2）提前在XV33081 副巷迎頭朝工作面方向施工一個15 m 的鉆孔，當工作面揭露此鉆孔后，每班在該鉆孔內重新打鉆通過鉆桿數量來確定80#架距聯絡橫川的距離，通過與機尾距聯絡橫川的距離相比較，在保證支架和溜子直線度的前提下，利用機尾“磨三角”的工藝將80#～119#架調整至與空巷平行，并在距停采線12 m 時調整到位然后停架開始進行上網作業。

3 撤架通道施工方法

3.1 上網聯繩

（1）以聯絡橫川西側煤幫為停采線，工作面機尾支架停架距離事先測量好（距聯絡橫川東側煤幫8 m）在XV33081 巷工作面煤體上用紅漆標出，距空巷50 m 時在聯絡橫川內頂板上距停采線2.5 m 外按照400 mm 間距在頂板金屬網上聯好2 趟鋼絲繩。

（2）距停采線12 m 時，先上一趟片網，片網規格：長×寬=1.2 m×1.0 mm，網孔規格35 mm×35 mm。片網上在單號支架，在支架頂梁上的搭接長度約0.6～0.7 m，片網下垂0.4～0.5 m。若因頂板不平整壓不緊片網時，可在支架頂梁與片網之間墊設柱帽或板梁保證片網壓緊。

（3）片網全部上完緊接著上第一、二趟卷網，卷網規格：長×寬=10 m×1.2 m。第一趟卷網聯接時要求其長邊與片網搭接100 mm，每米10 道，每道扭結3 圈；卷網與卷網間短邊搭接500 mm，卷網與卷網間長邊搭接100 mm，用16#鐵絲雙股扭結，每米10 道，每道扭結3 圈，端尾架上巷道頂板金屬網要與工作面卷網聯結成整體。每三循環掛兩趟網，依次進行，共計上8 趟卷網。

（4）工作面聯設第3 趟卷網后，開始在網下聯設平行于工作面的鋼絲繩，鋼絲繩采用5′或6′的廢舊鋼絲繩，長度約70 m。第1 趟鋼絲繩拖直搭在第四趟卷網中部位置，之后每間隔400 mm 上一趟鋼絲繩，共計聯設11 趟。上在網邊上的鋼絲繩隨著聯網聯接，用網絲聯結，每米10 道，每道扭結三圈；上在網中間的鋼絲繩專門用網絲聯接，每米5 道，每道扭結三圈。

（5）工作面與聯絡橫川煤壁割透以后，將卷網與巷道內頂板金屬網聯接固定，繼續割煤至支架前梁距停采線2.5 m 時停架，撤架通道尺寸要求凈高不低于2.5 m，凈寬達2.5 m。

3.2 割煤方法

距停采線15 m 時，工作面采高不低于2.6 m，保持到撤架通道施工結束。撤架通道施工期間，工作面采用機尾“磨三角”的方式進行割煤，即機組在機尾割煤至70#架后即返回機尾插刀，第二次繼續割煤至60#架后即返回機尾插刀，每次多割10～15 架煤。以此類推，根據溜子直線度適當進行機頭走通刀作業，每次通刀作業后即重新開始進行機尾“磨三角”方式割煤。

4 效果分析

（1）按照礦井15#煤綜采面撤架通道施工工藝，利用聯絡橫川做撤架通道減少了撤架通道最后的四刀煤和挑板梁打單體柱作業，避免人員空頂作業帶來的頂板威脅，縮短工期并可節省支護材料。在XV2313 工作面曾利用30 m 的空巷做撤架通道，除空巷內出現底鼓外無其他礦壓顯現。此次空巷60 m 除空巷內底鼓嚴重外，工作面出現煤壁片幫、部分支架安全閥開啟現象，說明壓力情況主要受空巷長度影響。

（2）工作面推進至接近空巷時，根據周期來壓步距適當調整工作面推進速度，避免工作面壓力和老頂周期來壓對空巷造成的重疊影響，避開最后一次周期來壓后，工作面不停機快速推進。

（3）保證撤架通道工程質量，控制端尾架與80#架距空巷的停架距離是關鍵，端尾架距離可通過直接測量得出，80#架距離現場采用打鉆測量的方法簡單實用可靠。

（4）撤架通道施工期間，72#～95#架老塘懸頂大未及時垮落對工作面造成了較大影響，導致該段支架在過空巷期間壓力顯現明顯，支架立柱每小時活柱下沉量在60 mm 左右，現場面臨壓架威脅。

5 結論

過空巷與撤架通道施工在工藝上存在矛盾之處，前者需要調斜，后者需要控制平行度，前者需要不停機快速推進，后者必須間斷停機進行上網聯繩作業，因此在工作面設計上應盡量避免出現該兩項工程同時施工。類似15#煤堅硬頂板短臂綜采工作面回采，可考慮采取利用已有巷道施工撤架通道工藝。