綜采工作面搬遷安全回撤技術(shù)應(yīng)用

蔡 飛

（山西晉煤集團(tuán)坪上煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048006）

引言

近幾年來，煤礦的開采技術(shù)水平不斷提升，綜采設(shè)備的大型化、智能化趨勢越加明顯，重型液壓支架回撤效率對高產(chǎn)高效至關(guān)重要，因此需要不斷完善和改進(jìn)回撤工藝。目前在大型礦井應(yīng)用較好的為掘進(jìn)輔運(yùn)巷，可實(shí)現(xiàn)多通道搬家，該技術(shù)具有搬家時(shí)間短、人工少、回撤通道易于維護(hù)、支架拖行距離短等優(yōu)點(diǎn)[1-3]；而傳統(tǒng)的利用綜掘機(jī)自掘回撤通道和軌道式運(yùn)輸回撤方式，安全性差、系統(tǒng)復(fù)雜、運(yùn)輸環(huán)節(jié)多、頂板管理困難、效率較低，存在一定的問題[4]。液壓支架大且笨重，數(shù)量眾多，因此是工作面搬家的重點(diǎn)和難點(diǎn)，抽架、轉(zhuǎn)架、拖架、裝架和運(yùn)架等一系列工序均較為關(guān)鍵，因此如何在確保工作面頂板穩(wěn)定的情況下完成快速回撤，對工作面高產(chǎn)高效至關(guān)重要。

1 礦井概況

某礦主采3號煤，煤質(zhì)為無煙煤。該礦16采區(qū)采用分層開采，綜采工藝，全部垮落法管理頂板，其1642工作面為走向長臂回采工作面，工作面走向長720 m、傾向長118 m，煤厚4.6～7.9 m，煤層傾角平均為12°。3號煤層理紊亂，煤質(zhì)松軟易碎，煤層和頂板由于層間滑動(dòng)存在明顯的擦痕，煤層頂板穩(wěn)定性較差，局部破碎，給工作面搬遷時(shí)的頂板管理帶來了困難。以該礦目前的工藝裝備水平，工作面回撤依然采用傳統(tǒng)絞車進(jìn)行抽架拖架并采用單體柱或者定滑輪調(diào)向裝車的回撤方式，經(jīng)過長時(shí)間的實(shí)踐，礦井摸索出一套有效的回撤技術(shù)方案。

2 回撤通道的支護(hù)形式

該礦綜采設(shè)備回撤主要采用單翼單通道的回撤工藝，具有施工巷道少、工藝單一等特點(diǎn)，液壓支架從頭部或者尾部依次被撤出。該礦按照不同地質(zhì)條件設(shè)計(jì)的回撤通道支護(hù)方式的主要包括兩種：一種是工作面頂板利用錨網(wǎng)加W型鋼帶支護(hù)，煤壁采用錨網(wǎng)加皮帶進(jìn)行支護(hù)；另一種方法是頂板利用π型梁加單體柱進(jìn)行支護(hù)，而煤壁采用單體柱打設(shè)護(hù)幫柱，并使用塑料網(wǎng)及荊笆對頂幫進(jìn)行裱褙。當(dāng)頂板情況且圍巖條件較好時(shí)采用錨網(wǎng)支護(hù)，當(dāng)頂板或圍巖不穩(wěn)定、條件較差時(shí)利用π型梁加單體柱進(jìn)行支護(hù)。

2.1 錨網(wǎng)和W型鋼帶支護(hù)

1）回撤通道的頂板利用W型鋼帶和錨桿聯(lián)合支護(hù)，其中W型鋼帶順頂板傾向共布置三列，W型鋼帶長度4 400 mm，每排W型鋼帶的間距不大于400 mm，錨桿必須通過W型鋼帶的預(yù)留孔。西幫利用錨桿和木磚點(diǎn)錨支護(hù)。

2）頂板打設(shè)的錨桿型號Ф20 mm×2 400 mm，為高強(qiáng)度樹脂錨桿，間距1 000 mm×900 mm，誤差不大于±100 mm。錨桿采用的托盤型號為：150 mm×150 mm×10 mm。回撤通道西幫的錨桿型號Ф18 mm×1 800 mm，為常用的螺紋鋼錨桿，其間距為800 mm×800 mm，誤差不大于±100 mm。錨桿采用的托盤型號120 mm×120 mm×10 mm。

3）回撤通道頂板施工錨桿孔深度為2 350 mm，誤差小于50 mm，其西幫施工錨桿孔深為1 750 mm，誤差小于50 mm，且錨桿要求打設(shè)在W型鋼帶的預(yù)留孔內(nèi)。錨桿的外露長度要求為10～40 mm（除去螺帽長度）。

4）本次施工錨桿的錨固方式采用端頭錨固，每根錨桿配兩根錨固劑，型號分別為MSCK2340（紅色）和MSZ2340（白色）的各一支。錨桿的錨固力要求大于64 kN，扭矩要求大于150 N·m。其西幫錨桿的錨固力要求大于40 kN，錨桿的扭矩要求大于120 N·m。

5）回撤通道頂板設(shè)計(jì)裱褙1 500 mm×1 400 mm的金屬菱形網(wǎng)：網(wǎng)間利用鉛絲牢固連接。西幫需要裱褙塑料網(wǎng)，要求網(wǎng)網(wǎng)相扣，對于空幫空頂處必須裱褙嚴(yán)密，禁止空幫空頂現(xiàn)象出現(xiàn)。

2.2 π型梁配合單體柱支護(hù)

當(dāng)圍巖條件較差，無法提供錨桿著力點(diǎn)，甚至無法施工錨桿時(shí)，需要采用π型梁與單體柱進(jìn)行支護(hù)，且回撤通道頂板要鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)以防頂板出現(xiàn)掉矸傷人情況。該礦采用型號ZF6800／20／38的液壓支架，間距1.5 m，在采用π型梁和單體柱進(jìn)行支護(hù)時(shí)，每架打設(shè)兩排π型梁和單體柱，其中π型梁的一端受到支架的前梁支撐，中間位置和另一端采用單體柱支撐，每根單體柱必須墊鐵鞋，確保支柱穩(wěn)定受力，回撤通道的煤壁嚴(yán)禁空幫，以防發(fā)生片幫事故傷人。

3 支架回撤方案

液壓支架的回撤關(guān)鍵在回撤空間的維護(hù)以及支架的回撤工藝上，前架支架回撤完成后要對頂板空間進(jìn)行有效支護(hù)，以防頂板掉矸或下沉，確保后續(xù)支架回撤空間安全可靠。工作面在回采結(jié)束之前，要對頂板鋪設(shè)雙層網(wǎng)以及用鋼絲繩貫穿工作面，以防頂板出現(xiàn)掉矸或大面積冒頂情況。

目前對回撤空間的維護(hù)有兩種：一種是對回撤空間沿走向打設(shè)π型梁和單體柱進(jìn)行支護(hù)，一架兩棚，隨著支架的回撤，要及時(shí)交替撤出π型梁和單體柱對頂板進(jìn)行維護(hù)，如圖1所示。另一種是采用掩護(hù)支架對回撤空間頂板進(jìn)行控制，這種方法操作簡單，頂板支護(hù)效果較好，可有效預(yù)防頂板掉矸和冒頂?shù)仁鹿省丶芸臻g維護(hù)的重點(diǎn)是預(yù)防頂板發(fā)生大面積來壓壓死掩護(hù)架或造成回架空間頂板坍塌。工作面支架由回柱絞車回撤，回撤過程的管控重點(diǎn)是防止拉斷絞車鋼絲繩造成回彈傷人。

4 工程應(yīng)用

1642工作面位于該礦16采區(qū)，為下分層回采工作面，其頂板為人造再生頂板，工作面北鄰1622工作面采空區(qū)，南部為實(shí)體煤，東臨16采區(qū)保護(hù)煤柱，西臨F16-4斷層。根據(jù)1642工作面地質(zhì)條件，選擇恰當(dāng)?shù)幕爻贩桨负突爻房臻g支護(hù)方式對回撤效率和安全至關(guān)重要。

4.1 回撤空間支護(hù)方式

1642工作面為下分層回采工作面，人工再生頂板，頂板條件較差無法采用錨桿、鋼帶支護(hù)，本次采用π型梁和單體柱對回撤空間頂板進(jìn)行支護(hù)。單體柱型號為DW28－250／100，π型梁型長度2.4 m，沿走向布置維護(hù)頂板，采用一梁二柱方式，其迎山450 mm±50 mm，間距750 mm±100 mm。π型梁在采空區(qū)方向必須架于支架前梁之上，支撐長度大于200 mm；支柱要求墊鐵鞋穩(wěn)定受力，且初撐力大于90 kN，同時(shí)掛好防倒鏈。回撤空間頂板要求鋪設(shè)菱形網(wǎng)，并利用塑料網(wǎng)將煤墻裱褙嚴(yán)密，裱幫褙頂時(shí)均要求使用不小于4根穿桿。

根據(jù)現(xiàn)場情況，機(jī)頭或機(jī)尾要求使用型號為DW28－250/100的單體柱配合長度為3.6 m的π型梁沿走向?qū)敯暹M(jìn)行支護(hù)，采用一梁二柱方式，迎山450 mm±50 mm，間距 750 mm±100mm，高度2 500 mm±100 mm。π型梁在采空區(qū)方向要架于支架前梁之上，長度大于200 mm，如圖1所示。

圖1 回撤空間支護(hù)示意圖

4.2 工作面支架回撤方案

1642工作面停采時(shí)底板為砂巖，硬度較高，雖然上部頂板情況較差，但工作面采高較大，因此回撤支架時(shí)決定采用掩護(hù)架對頂板進(jìn)行控制。液壓支架利用安裝在切眼內(nèi)的1號絞車輔以導(dǎo)向輪抽出，待變向后及時(shí)利用長度4 m的圓木對頂板進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，之后利用絞車將掩護(hù)支架移動(dòng)到指定位置。液壓支架利用2號絞車?yán)匠隹冢褂脤g車將支架裝車運(yùn)出，支架回撤示意圖見圖2。

圖2 工作面支架回撤方案

5 結(jié)論

1）在綜采設(shè)備搬家回撤時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況選擇回撤和支護(hù)方案。當(dāng)工作面頂板為較穩(wěn)定的原生頂板時(shí)，直接采用錨網(wǎng)支護(hù)即可；當(dāng)開采下分層和頂板非常破碎時(shí)，需要利用π型梁和單體柱對頂板進(jìn)行支護(hù)，頂幫必須褙褙嚴(yán)密。當(dāng)頂板及圍巖情況較好時(shí)，可使用掩護(hù)支架交替前移實(shí)現(xiàn)液壓支架回撤；當(dāng)頂板及圍巖條件較差時(shí)，需要利用π型梁和單體柱對回撤巷道頂板進(jìn)行支護(hù)，逐排交替回撤對回撤通道進(jìn)行維護(hù)。

2）根據(jù)1642工作面實(shí)際情況采用相應(yīng)的回撤及支護(hù)方式后，工作面回撤過程中未出現(xiàn)大面積冒頂事故，確保了綜采設(shè)備的安全回撤。