復雜地質條件下厚煤層綜采工作面末采工藝及頂板支護探討

賀云財

（山西焦煤汾西礦業兩渡煤業， 山西 靈石 031302）

1 工作面概況

39（10）08工作面井下位于610水平新區，位于集中回風巷東北部，其切眼外側為兩渡鎮八一一煤礦，材料巷外側為31005工作面采空區，運輸巷外側為160 m寬F3斷層保護煤柱。工作面標高為573～618 m。

39（10）08工作面（其頂底板情況如表1所示）開采煤層為石炭系太原組9號和10號煤。其中9號煤層以半亮煤、亮型煤、暗煤為主，絲炭次之，層狀結構，呈扁平豆體分布，硬度較大，屬中強度級煤，10號煤層以亮煤及半亮煤為主，暗煤次之，層狀結構，硬度大，屬中強度煤層，9號和10號煤層均穩定，煤（礦）層總厚度為6.3 m，煤層結構為1.15（1.30）1.91（0.31）0.81（0.10）0.77。39（10）08 工作面煤（巖）塵具有爆炸性，爆炸指數為11.008 MPa·m/s；工作面煤層具有自燃性，自燃發火期為52天。39（10）08工作面為低瓦斯工作面，相對涌出量平均為3.182 m3/t。

表1 39（10）08工作面頂底板情況

39（10）08工作面為9號和10號煤一次采全高工作面，該工作面西北側為材料巷，東南側為運輸巷，東北側為切眼，工作面由東北向西南方向推進。工作面采用走向長壁后退式綜合機械化一次采全高采煤法，工作面現有154架ZZ15000/29/65型液壓支架作為基本架（原電液控支架已更改為手動操縱閥操作）；選用4架ZZG15000/29/65D型液壓支架（機頭、機尾各兩架）作為過渡支架（原為電液控支架已更改為手動操縱閥操作）；選用5架ZZT20200/32/65D型電液控支架（機頭安設2架長頂梁支架、1架短頂梁；機尾處安設2架短頂梁，扶架過程中甩掉2架）作為端頭支架，工作面支架全部采用本架手動控制。

2 39（10）08工作面末采存在的困難

綜采工作面停采線的確定一般需要考慮以下三個因素的影響，即地質條件、資源回收率、礦山壓力影響。39（10）08工作面根據以上三個因素確定了停采線的位置，但是作面推進至距離停采線20 m時，影響末采工作的主要有兩條斷層，分別位于29架和154架附近，斷層落差為4.5 m和6.4 m，且工作面為厚煤層開采，工作面斷層面附近頂板管理極為困難，因此合理的末采工藝及頂板支護方式對工作面的安全生產至關重要。

3 39（10）08 工作面末采方案

3.1 末采工藝

根據實際情況和多方因素考慮，工作面末采施工采取分層推進的方式，以炮采工藝循環施工上平臺，完成頂網、鋼絲繩的鋪設和錨桿、錨索的施工工作；以綜采工藝煤機循環截割下平臺部分，完成工作面設備的推進工作，最終形成回撤通道。

末采施工共分為兩個階段，前20 m上、下平臺循環配合施工，完成掛網、掛設鋼絲繩、頂板支護等工序；最后4 m上平臺直接施工4 m寬、2.5 m高斷面，完成掛網、上方木、頂板支護等工序。具體施工工藝如下。

3.1.1 末采20 m循環工藝

1）上平臺施工工藝：上平臺沿支架頂梁上方現有頂板層位進行施工；首先采用炮掘工藝從90號支架處開口，向兩端頭方向分別施工上平臺，同時分別從工作面機頭、機尾兩邊向中間施工；上平臺規格為：寬×高×長=2 m×2.5 m×280 m。

2）下平臺施工工藝：采用綜采工藝截割下平臺部分，使工作面采高不得低于4.5 m，當工作面下平臺部分煤機截割推進1.6 m（2個循環）后，繼續施工上平臺2 m；然后工作面繼續煤機截割下平臺部分推進2.4 m（3個循環），繼續施工上平臺2 m。依次類推，以上述“二三、二三”的循環方式（見圖1）推進完成20 m。

圖1 39（10）08工作面分層推進“二三、二三”的循環方式示意圖

3）鋪設鋼絲繩：工作面鋪設第9道網時，開始鋪設鋼絲繩，鋼絲繩使用6 m×19 m Φ23型（7分繩），每根長300 m，然后每隔1 m鋪設一道鋼絲繩，共計鋪設12道。鋼絲繩鋪設在經緯網下方，支架上方。鋼絲繩鋪設要直，互相平行，從工作面一端向另一端依次與經緯網連接，嚴禁從兩頭向中間鋪設。鋼絲繩與經緯網每隔0.2～0.3 m連一扣。在兩巷頂板煤柱側各打兩根錨索，鋼絲繩固定在錨索上，兩端分別用3個繩卡固定牢固。鋼絲繩采用替換下來的廢舊鋼絲繩，但斷絲不得大于1/3，銹蝕嚴重或不能取直的一律不得使用。當一根鋼絲繩不夠長時，中間搭接不小于2.0 m，并用4個繩卡將繩頭卡牢，繩卡要均勻。

3.1.2 施工回撤通道工藝

工作面推進20 m，鋼絲繩全部鋪設到位后，停止工作面推進，緊貼支架頂梁前端往前施工回撤通道；以炮采的工藝從工作面兩端頭及中間90號支架對掘回撤通道上平臺，上平臺規格為：寬×高×長=4 m×2.5 m×280 m。上平臺一次施工4 m寬成形，同時，頂板上方插5 m方木，方木一端插于支架頂梁上，另一端頂住煤壁，每臺支架上方兩根，跟隨進度先用錨索固定于頂板上方。然后，摘開支架推移頭，割煤下平臺部分后，只推溜不拉架，共計推進5刀，最后一刀時留出0.3 m高臺階，用于架設單體支柱；最后在每根方木下方架設一根4.5 m單體液壓支柱（頂板破碎嚴重段，用π型代替方木進行架設）。

3.2 頂板管理

3.2.1 20 m段支護方式

1）頂板為石灰巖段，不對其進行支護，遇石灰巖成型差時采用Φ20×2 200 mm的左旋螺紋鋼錨桿配合280 mm×400 mm的W鋼帶進行支護。

2）頂板為石灰巖時，但層理結構已破壞，頂板采用Φ20 mm×22 00 mm的左旋螺紋鋼錨桿配合1 m×10 m的雙層經緯網及Φ14-80-1 700 mm的鋼筋鋼帶進行支護，布置間排距為800 mm×900 mm，頂錨桿每排布置3根。

3）頂板為10號煤底板段：頂板采用Φ20 mm×2 200 mm的左旋螺紋鋼錨桿配合1 m×10 m的雙層經緯網及Φ14-80-1 700 mm的鋼筋鋼帶進行支護，布置間排距為800 mm×900 mm，頂錨桿每排布置3根，另采用Φ17.8 mm×4 300 mm的錨索配合300 mm×300 mm×16 mm的鐵板加強支護，錨索每隔1.75 m布置1根。

3.2.2 回撤通道支護方式

1）頂板采用Φ20×2 200 mm的左旋螺紋鋼錨桿配合1.1 m×4.4 m的雙層經緯網及Φ14-80-3800 mm的鋼筋鋼帶進行支護，布置間排距為900 mm×900 mm，頂錨桿每排布置5根，另采用Φ17.8 mm×4 300 mm的錨索配合300 mm×300 mm×16 mm的鐵板及長×寬×厚＝5 m×0.2 m×0.2 m的方木加強支護，方木間距為0.9 m，錨索布置2排，排距1.6 m，每排布置326根，方木一端插于支架頂梁上，另一端頂住煤壁，用4.5 m單體液壓支柱支護；方木全部用錨索鎖緊在頂板上方。

2）切眼煤壁側采用Φ20 mm×2 200 mm的錨桿配合280 mm×400 mm的W鋼帶及1 m×10 m的經緯網進行支護，布置間排距為1 000 mm×900 mm。

4 結語

通過采用分層推進的末采方式，同時采用合理的支護參數，耗時85天完成39（10）08工作面的末采任務，克服了斷層對工作面末采的影響，實現了復雜地質條件厚煤層工作面的安全、高效末采，可為具有同類地質條件的礦井末采提供一定的技術借鑒。