構造帶下綜采工作面雙掩護倒回大噸位 支架技術應用研究

孟慶妮

(中國平煤神馬集團六礦，河南 平頂山 467001)

在綜采工作面生產過程中準備工作是非常重要的環節，工作面設備的搬家倒面尤為關鍵，關系到整個煤礦的生產與經濟效益[1]。傳統的綜采工作面設備搬遷沿用了軌道式輔助運輸的方式，運輸環節多、系統復雜、安全性差，但是綜采工作面機電設備較多，回撤工藝比較復雜，周期較長，事故頻發，一直以來影響著煤礦的安全生產[2-4]。液壓支架本身大而笨重，在地質條件較好的情況下可以較好的實現搬家倒面，但是工作效率較低，存在著諸多的安全隱患。在地質條件特殊的情況下，如遇到斷層，遵循傳統的設備搬遷的方法，不僅使工作效率大大降低，安全問題也非常突出，因此在構造帶條件下實現安全高效的支架回撤，是亟待解決的一項重大課題。

隨著高產高效綜采設備在我國礦井全面推廣，極大地提高了礦井的經濟效益。為了保證工作面生產效率，在綜采工作面搬家時需要提高效率，實現快速搬遷，減少工作面非工作時間。楊玉亮[2]等以塔山礦8107綜放工作面液壓支架回撤難題為例，介紹了引進的大型支架回撤吊車，大大提高了支架的回收效率。張國棟[3]等從液壓支架安全回撤工藝及設備配套工藝兩個方面入手，研究了綜采工作面液壓支架回撤工藝。張睿[5]等以陳四樓煤礦21501工作面支架回撤為例，介紹了在復雜構造條件下綜采工作面的收尾技術。郭勝利[6]等以國投新集二礦2813綜采工作正面支架回撤為例，介紹了在大傾角煤層和高瓦斯的特殊地質條件下工作面設備的撤除工作。雷煌[7]介紹了國內外綜采工作面快速搬家裝備與技術的發展，根據國內煤礦的地質條件，提出了適合國內條件的支架回撤工藝。工作面設備搬家倒面的效率嚴重影響著礦井的安全生產，根據國內外現有的支架回撤工藝，結合停產線位置及地質構造情況，提出一種適合在特殊環境下的支架回撤方案，有效解決資源浪費的問題。

中國平煤神馬集團六礦戊9-10-22180工作面機巷設計終采線位于一條斷層處，在工作面支架的回撤工藝上如果采用傳統的設備搬遷工藝[9]，工作效率低，工人勞動強度大，工作環境惡劣，甚至還會造成一定程度的安全事故，因此為了安全有效的完成工作面設備的撤除工作，在傳統工藝的基礎上結合工作面的地質構造特征，采用新型的支架回撤工藝，保證支架能夠安全高效地完成回撤工作[10]。

1 工程背景

1.1 工作面概況

戊9-10-22180工作面位于戊二采區，工作面里段對應位置是程家溝，東部是戊二下山保護煤柱，西部是鍋底山斷層，北部和南部均為未采動實體。采面傾斜長度205m，平均傾角13°。在回采過程中，采面機巷向前推進遇到編號F14(H=5.0∠40°)的正斷層，斷層從機頭揭露，向機尾方向發展。工作面終采線位置及斷層位置如圖1所示。機巷設計終采位置在+2內17m，位于F14斷層處，采面斷層揭露機頭1#—10#架全巖，從11架底鼓至60架逐漸變小。11#—20#架托煤回采，下盤煤在采面頂板上部。工作面設備見表1。

表1 工作面設備

圖1 戊9-10-22180工作面斷層及終采位置示意圖

1.2 傳統回架工藝

按照平煤六礦傳統的收尾搬家工作，采面的終采位置一搬選擇在頂板條件好，無斷層、褶曲等地質構造處，以利于頂板管理和收尾施工。支架的回撤一搬選擇從風巷正回支架，即支架在采面進行裝車后從風巷外運，如圖2所示。出架空間頂板支護采用單掩護架及雙排木垛維護通風道，采空區側頂板每架打5根點柱支護，確保有效支護出架空間，保證收尾期間的通風。

圖2 傳統回架工藝

1.3 構造帶處終采位置選擇

在工作面在回采過程中，采面揭露編號為F14(H=5.0∠40°)的正斷層。采面設計機巷終采位置位于+2內17m、風巷終采位置位于-3內20m處。F14斷層從機頭下盤揭露向機尾方向發展，斷層傾角40°。按照設計終采位置，機頭終采位置位于斷層下盤，頂板破碎，巷道條件差，受構造影響不利于施工機頭抹角及絞車硐室，裝車間位置條件差。

根據煤層賦存的地質狀況，在設計終采線前20m設置為停產線，機巷巷道頂板好，采面無構造，利于機頭抹角及絞車硐室的施工和采面的回收。但是終采線提前20m，會造煤炭資源的丟失。考慮到經濟效益，決定設計終采線外移10m。機巷頂板受F14正斷層(落差5m)的影響，正好位于斷層的上盤，頂板較完整，利于機頭做抹角、絞車硐室，裝車間位置條件也較好。斷層向采面發展，斷層上盤壓頭1#—10#支架全巖，下盤底鼓為11#—60#支架，向機尾方向逐漸變小，其中11#—20#支架頂板托煤。采面受構造影響處，采用注馬麗散和穿棚支護的方法來加強出架空間的頂板管理。

2 支架回收方案對比

2.1 倒回支架方案

支架回收，需要考慮到經濟效益及安全效益。如圖3所示，采用倒回支架方法進行回收。液壓支架倒出架，支架抽出后，運至機巷裝車間整架裝車，然后整體外運到-440大巷裝車間處，解體后裝車升井。支架走機巷外運。運輸巷道條件好，機巷運輸巷道擴修量少，從泵站至機巷帶式輸送機挖底小，且出渣方便。人員處于進風巷作業，作業環境好，工作效率高。如選用正出架，人員處于回風巷作業，巷道溫度高，作業環境惡劣。支架走風巷外運，風巷巷道應力集中壓力較大，巷道條件差，巷道翻修拉底工作量大，需進礦車裝車出渣，勞動強度大，工期進度慢，工作效率低。

圖3 倒回架工藝及支護方法

2.2 雙掩護架倒回支架方案

采用倒出架時，頂板壓力集中向下方轉移，給抽架工作帶來不便，為此采用雙掩護架方法倒出架。

采用雙掩護架倒出架，增大了出架時頂板的支護面積，增強了出架空間頂板的支護效果，在出架時，加快了抽支架的速度，保證了出5架，裝5架的正規循環，縮短了搬家工期。

雙掩護架邁步交替前移，增強了出架處頂板的臨時支護，采空區側掩護架前移后，使采空區側頂板及時跨落，避免頂板支護，頂板壓力提前釋放，減少對未回支架的壓力，有利于頂板管理和通風順暢，確保了出架安全。

采用雙掩護架倒出架，采用在掩護架后每5m打一個木垛的辦法支護維護通風道，采空區側采用4棚鋼梁臨時支護抽架空間，相比以往一架掩護架打二排木垛支護，省下采空區側一排木垛及老塘側5根點柱，減少了空間維護支護材料的投入，節約了材料費。減少了出架空間的維護工作量，優化工作環境，降低了職工的勞動強度，提高了抽支架及維護空間的工效，提高了工作效益。

3 支架回撤工藝及步驟

3.1 采面出架空間的支護方案

當采面推至距終采線11m處時，采用10m×1.2m卷網進行上網上繩，第一、二排網為單層，接著上雙層網。網與網左右搭接0.3m，上下搭接0.2m。第一排單網邊緣上引繩，第一排雙網中部時開始上第一根繩，繩距0.6m。當單層網落地被采空區矸石壓實一排后，停止拉架，準備做出架空間。

為了便于采面順利出架，根據支架最低高度及出架時抹彎半徑，要求采面終采時底板平整，支架梁端至煤壁的出架空間凈高3.3m，凈寬2.4m，確保出架暢通。出架空間頂板支護，頂錨網采用10m×1.2m卷網，錨桿采用Φ20mm×2200mm高強錨桿；錨桿眼的布置，采用平行的布置方式，眼間距750mm、排距800mm，與頂板傾角90°，即迎向工作面機巷垂直頂板，第一排眼距支架梁端300±50mm，垂直頂板迎向工作面采空區側，最后一排錨桿眼傾向工作面煤壁80°±5°的傾角。確保所有錨桿的施工質量。共施工三排，其中錨桿間、排距誤差不超過±50mm。出架空間的中間位置打一排Φ20mm×4500mm長的錨索加強支護，隔一架打一個。出架空間幫錨支護：煤壁掛單網，打幫錨采用Φ20mm×2200mm高強錨桿護好煤壁，錨桿間距1.0m、排距1.0m，第一排距頂板不大于0.5m。然后在頂板壓力大易片幫處，用圓木打貼幫柱或液壓單體柱站戴帽點柱。

3.2 構造帶處出架空間的支護

臨近斷層處，在采面出架空間的支護基礎上，加強11#—20#支架托煤處的支護強度，采面采用注馬麗散加固控制煤壁頂板支護。注漿材料為化學加固材料馬麗散N。注漿孔布置在采面與頂板呈15°夾角，注漿孔深3m，孔間距3m，封孔器布置在距離孔口1.5m處。單孔注漿量控制在40桶左右。通過采取注馬麗散，避免了煤壁片幫和掉頂現象，保證了頂板的完整。

在采面上網做出架空間時，1#—20#支架采用支架前梁穿棚子配合錨桿、錨索支護。采用3.5m長鋼梁一頭放在支架頂梁上并升緊支架，另一頭伸入煤壁側站3.5m單體柱。每架站二棚鋼梁支護頂板，鋼梁出架空間凈寬2.4m。

采面1#—20#支架回收時，對掩護架后空間維護，鋼梁不回收，采用打木垛上方配合二根傾向3.5m的鋼梁，托住原有鋼梁。木垛之間的空當處，配合點柱支護。將煤壁側單體柱進行回收。根據現場頂板破碎情況，適當調整木垛間距。老塘側打4棚傾向鋼梁棚邁步臨時支護。

3.3 雙掩護架及通風道維護

當采面設備基本回撤完畢，開始對全采面進行清理，回收液壓支架，采取從機尾往機頭回撤的方式回收支架。用雙掩護架，先抽出機尾第二架基本架，然后機尾將第1架和第3架抽出，做出架時的掩護架，并在三角區打四個木垛支護好出架空間，隨支架回撤邁步前移。每出一架及時維護好采空區及出架空間的頂板，在掩護架后煤壁側每5m打一個木垛，維護工作面順通保證通風。采空區側采用4棚鋼梁邁步前移臨時支護抽架空間的頂板。壓力大頂板破碎時應適當加密木垛間距，確保有效支護出架空間，保證收尾期間的通風，如圖4所示。

圖4 戊9-10-22180采面收尾支護示意圖

3.4 排運大噸位支架

支架重疊為23.7t，由于支架噸位大，重心靠前，往機頭方向排運支架，支架頭重腳輕易扎底，增加了排運絞車的負荷，存在安全隱患。為此，在排架過程中，采面每隔30架處增加一道平輪抬頭滑子排運支架，有效地避免了支架架角扎底，提高了排運支架的速度，避免發生安全事故。

3.5 裝車間處支架裝車微調技術

傳統的支架裝車，支架排到裝車平臺后，在裝車間四個角處掛四臺手拉葫蘆，調整支架的裝車位置，費時費力。

采用新型回撤支架工藝裝車時，在裝車四個角處固定四根短單體柱代替手拉葫蘆，支架拉到平板車上后，用液壓單體柱對支架裝車位置進行微調整。相比于傳統裝車技術更省時、省力、操作更安全。

4 管理創新實踐

強化安全生產質量標準化。要求施工及監管責任人逐級驗收軌道鋪設質量及設備完好情況，踐行“掉道就是事故”理念，源頭管控，防患未然，本次回收自始至終未出現一起掉道事故。

強化責任意識。對各類車輛裝車后的剎車、超高、超寬等問題，嚴格執行區域負責，交接簽字制度，凡是不符合措施規定的裝車標準的車輛，在交接時可以拒絕提運設備，有效杜絕了剎車，裝車不合格出現的問題和隱患。

5 效果及經濟分析

在支架回收期間，避免了發生頂板事故和人身傷害事故，確保了安全回收。受構造影響終采位置的選擇，杜絕了資源的浪費。

1)合理選擇終采位置，避免造成資源浪費。工作面向前推進10m，按照每天960t產量，原煤生產創收400萬元。機頭推進正好位于斷層的上盤，頂板較完整，利于機頭做抹角、絞車硐室，裝車間位置條件也較好。

2)降低木料成本投入，增加最大收益。工作面通風道路維護打一排間隔5m木垛維護，可節省一排44個支護木垛，約2200根道木，及采空區圓木點柱的支護，節約圓木900根。節約木料投入成本13萬元。采用倒出架，設備走機巷外運，相比走風巷回收，運輸巷道的拉底擴修量減少。

3)減少人員投入，縮短搬家工期。采用倒回支架工藝時，機巷50m需要拉底，通過渣走機巷帶式輸送機外運，出渣方便，增大了出架空間臨時支護面積，加快了抽支架的速度，保證了出5架，裝5架的正規循環，每天抽15人，用時10d完成。采用正回支架，從片盤A點至B點巷道需擴幫拉底，出渣不便，擴修工作量大，每班抽20人，需20完成。采用倒回支架巷道擴修降低工資投入約70萬元。

4)采用雙掩護倒回撤支架方案，從具備回收條件開始共耗時20d，提前了搬家的工期10d，實現了工作面的安全快速高效回收。為井下大型支架的回收積累了寶貴經驗。