頂板破碎條件下綜采工作面安全快速搬家技術的研究

程東山

（同煤集團永定莊煤業公司， 山西 大同 037004）

1 5202 工作面概況

1）同煤集團中某個礦井中5202 作業面處于5號煤層中，作業面的走向及傾向分別為1 780 m 和230 m，煤層的傾角處于2°～4°，煤層的厚度處于4.1～11.9 m 之間，采放厚度的平均值為8 m。作業面的直接頂為細砂巖、砂質泥巖等，其結構較為密實，并且包含了一些完整的植物化石，厚度為8.3 m。直接底則為泥巖、中砂巖，其較為密實，結構為塊狀，質地較脆，節理過于發育，厚度為2.98 m[1]。

2）工作面設備：采煤機所用型號為MG 500/1340-WD；前部及后部刮板運輸所采用的型號分別為SGZ1000/1400 和SGZ1200/400；轉載機的型號為SZZ1200/700；破碎機的型號為PCM525；皮帶機所采用的型號為DSJ120-150-2×355；過渡液壓支架和中間液壓支架分別有8 臺和126 臺，其型號為ZFG15000/8/45 和ZF15000/24/45；BRW400 啟1.5乳化液泵站；RX400 啟5 乳化液箱。

2 5202 工作面搬家工藝

2.1 背景條件

本礦井處于山區的附近，地面呈現出溝壑發育，再由于降水量較少，且沒有植被的覆蓋，導致地表水出現泄流。同時地下水的來源過于匱乏，巖石的含水層不具備較強的富水性。在這種狀況下，5202 作業面不具備較好的地質條件，底板及頂板的巖層呈現為分化破碎，采用正常的打錨桿來掩護撤架的形式不能正常使用，并且工作的難度較大，對礦工的人身安全造成了極大的威脅，支護設備及材料需要較大的投資，導致財產的大量損失。

為了有效處理上述問題，確保作業面迅速搬家，決定5202 作業面實施了開機道的撤架。通過進行鉆孔注漿來加以穩固，掛設相應的纖維網，設置鋼棚，補設錨索及錨桿，通過單體液壓來進行支護，確保作業面實現安全撤架。

2.2 準備工作

在5202 作業面上事先設置好搬家機道，其寬度為9.54 m，其中液壓支架的長度和撤架機道的寬度分別為5.5 m 和4 m。作業面的采高維持3.5 m，并且作業面的開采必須要平直。對于頂板過于破碎，頂板及底板不具備穩定性等因素，應當提前采取相應的措施來加固頂板[2]。

1）馬麗散固結劑。首先運用馬麗散NS 來加固頂板，本產品會逐漸滲入到裂隙及空隙之中，并形成固化，具備較高的抗性和粘結強度，遇水則發生反應等特點，可以用來穩固煤體及巖體的縫隙。

2）注漿加固方案。對支架較為破碎的區域，在作業面設置兩排鉆孔，上一排的注漿孔與頂板之間保持0.5 m 的距離，下一排的注漿孔與底板保持1.8 m的距離。注漿孔的半徑為21 mm，上一排注漿孔保持20°的仰角，深度處于4～4.5 m，下一排注漿孔保持5°的仰角，深度處于3～3.5 m。封孔保持1.5～2 m 的深度。

開掘機道采取機組截割的形式，每一次截割保持0.8 m 的深度，每進行3 m 的開掘，則必須依據頂板破碎的實際狀況來設計下一步分加固方案。

2.3 支護方案

1）鋪柔性樹脂纖維網。5202 作業面在回撤的時候，作業面向停采線推進至30 m 的部位就停止放煤，與停采線相距18 m 的時候開始設置柔性網，采取兩片整網，分別為120 m×19 m 和135 m×19 m，中間壓茬搭接5 m。同時在進行掛網之前，需要將絞盤、定滑輪等安裝好，重復截割、拉架等一系列操作，直至停止開采，并沿著煤壁向下鋪設2.0 m 的柔性網。

2）錨桿、錨索補強支護。5202 綜采作業面持續推進，直至其與停采線相互4 m 之時，加強錨桿及錨索的支護，錨索采用的為鋼絞線，其規格為：Φ17.8 mm×13 000 mm，間距與排距分別為1 750 mm 和1 200 mm，托板的規格為300 mm×30 mm×16 mm；幫錨桿所采用的是圓鋼錨桿，其規格為Φ18 mm×1 800 mm，間距與排距均為1 000 mm，碟形托扳規格為150 mm×150 mm×8 mm，錨桿、錨索應與柔性樹脂纖維網壓實，保證柔性網不會產生扭曲及折疊的問題，見圖1。

圖1 掛網及聯合補強支護示意圖

3）架走向工字鋼棚。在完成搬家機道之后，在支架頂梁上設置戧柱，架棚之間保持1.75 m 的距離，工字鋼的一端采用支架前梁進行支護，后一端則利用貼幫單體柱來進行支撐，且要與作業面的煤壁保持100 mm 的距離，以此推斷，直至整排支架前端都可以實現支護。

2.4 回撤方案

1）將絞車設置在采空區，并做好壓俄柱。在1 號過渡支架的頂梁前端設置滑輪，降架之后，拉出1 號支架，并確保其與作業面相平行，運輸到外部。在以往的柔性網中設置有效的液壓支柱來保護頂板，相繼撤出2 號、3 號過渡支架。

2）利用絞車與滑輪相結合來出4 號、5 號支架，并以此作為掩護支架，交錯靠近待拆除支架，提高掩護架。之后再降下待拆除的支架前梁，促使其與頂板相脫離。

3）降低待拆除的支架，拆掉管路，之后再利用絞車將其牽出，并裝車運輸到外。

4）拉出支架之后，應當在采空區進行有效的單體支護，確保其穩固在護頂柔性網中，避免出現空頂作業。

5）最后環節所撤出的兩組支架，采取相互交錯及掩護的形式，利用巷道內部的絞車將其拖出，見圖2。

2.5 注意事項

圖2 5202 工作面回撤拆除示意圖

1）液壓支架等大型儀器必須與單體相結合，單體下端應當設置厚度超出10 mm 的木板，以避免單體發生傾斜時會傷害到人。

2）對支架的初撐力加以明確。單體注液之后必須進行可靠的支護，確保其具備防倒措施。

3）操作人員必須重視自身的安全，采取單體頂架之前必須做出相應的警告，液壓支架采取單體頂架來對方位進行調整，支架周邊只有配置兩個人員來進行操作，其余人員必須要撤退到10 m 之外。

4）支架完成調向之后，必須進行單體卸液，并搬運到安全范圍之內，使其不會對施工操作產生影響。

2.6 安全管理

1）對地質構造的變化加以預測。地質構造是對綜采頂板破碎造成阻礙的關鍵因素，因此必須對5202 作業面所處區域的地質構造變化進行預測與研究，開展地質的預測，這樣才可以對煤礦進行適當的調整或者采取有效的措施來管理頂板[3]。

2）對礦井的涌水量及地表的塌陷區進行嚴格觀測，及時把握涌水量的變化狀況，明確臨近礦井的開采狀況，掌握涌水狀況及采空范疇，避免其出現越界開采，導致巷道之間彼此融通，采空區及古空積水會涌入到礦井中，進而導致事故的產生。

3）在進行回撤的時候應當重視瓦斯及毒害氣體的檢測，對煤層滲水及頂板淋水的狀況進行詳細觀察，一旦發現異常，應立即上報到調度室，并且要及時追蹤排水管路，將巷道低洼部位的積水進行清除，在回撤的過程中必須要重視頂板的管理。

4）做好防治措施。在進行回撤的施工時，其中存在較多的風險因素，應當遵照相關要求來進行軌道的鋪設、絞車的安裝等一系列操作，避免產生各種類型的事故，如跑車故障等。

5）加強礦工培訓教育。對員工進行理論知識培訓工作，促使他們意識到頂板破碎的危害及事先做好搬家準備的意義，同時積極引導礦工理論結合實際來開展開采工作，從而增強煤炭開采作業的科學性。

3 結語

在破碎頂板條件下，5202 綜采作業面若要確保收尾的安全性、搬家的快速性，其關鍵在于切實執行各個技術的保障措施。考慮鋼棚超前架設、樹脂纖維網的鋪設等因素，確保作業面的設備回撤、頂板控制等各項技術的保障措施之間的協調適應性，以確保作業面設備的安全回撤，從而增強礦井生產的安全性及高效性。