大傾角松散煤層綜采工作面擴(kuò)安同步施工工藝

董 明 李 虎 羅 勝 柏仁宣 王永紅

（四川川煤華榮能源有限責(zé)任公司太平煤礦）

太平煤礦礦井賦存條件及地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，井田內(nèi)存在B13背斜、S13向斜、B12背斜、S12向斜、B11背斜、S11向斜、B9背斜以及29條斷層。在這種地質(zhì)條件下，現(xiàn)有開切上山支護(hù)技術(shù)不足以保證大斷面開切眼安裝期間的安全。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，在大傾角松散煤層中，開切上山完成導(dǎo)硐，擴(kuò)幫至大斷面后，極易發(fā)生頂板及煤幫片冒。因此，研發(fā)適用于太平煤礦地質(zhì)條件的綜采工作面設(shè)備安裝成套技術(shù)，與現(xiàn)有安裝技術(shù)互為補(bǔ)充，形成整套擴(kuò)安同步施工工藝，對于安全生產(chǎn)意義重大。

1 傳統(tǒng)大傾斜煤層綜采設(shè)備安裝工藝

在煤層中沿底板掘進(jìn)一條寬度略大于液壓支架安裝全長的巷道，工作面上部上幫煤壁內(nèi)掘絞車硐室，并安裝2臺(tái)絞車，工作面回風(fēng)巷內(nèi)距切眼外幫處安裝1臺(tái)輔助運(yùn)輸絞車，用于平巷牽引運(yùn)輸；上山切眼內(nèi)設(shè)置“#”型軌道。安裝時(shí)，液壓支架捆綁在滑板車上，絞車牽引滑板車進(jìn)入切眼安裝［1-5］。在回風(fēng)巷軌道與開切上山連接處，設(shè)備需完成卸車、裝車、捆綁作業(yè)，再使用絞車下放完成安裝。這種作業(yè)方式在大傾角松散煤層安裝時(shí)，開切上山完成擴(kuò)幫至大斷面（7.2 m×2.6 m）后，難以保持10 d以上安裝期內(nèi)不發(fā)生偏冒，因此采用現(xiàn)有技術(shù)完成設(shè)備安裝很困難。

2 工藝設(shè)計(jì)要求

（1）提高開切上山支護(hù)水平，確保安裝可靠及后續(xù)采煤作業(yè)安全。

（2）設(shè)計(jì)無縫轉(zhuǎn)運(yùn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，提高綜采設(shè)備機(jī)械化率，在設(shè)備轉(zhuǎn)載、調(diào)向等方面提高可靠性及速度，提高綜合安裝效率。

（3）根據(jù)煤層情況，研究擴(kuò)安同步施工工藝。

（4）合理制訂工藝流程，提高快速安裝能力以及可靠性，巷道成型后，盡可能在短時(shí)間（3 d）內(nèi)完成安裝工作，有效發(fā)揮液壓支架的支護(hù)作用。

3 工藝及應(yīng)用

3215—241綜放工作面位于700 m水平的北一采區(qū)，工作面地面標(biāo)高為1 075.8～1 210 m，井下標(biāo)高為842.2～897.5 m；工作面走向長度為294～236 m，平均走向長度265 m；傾斜長度為85～108 m，平均長度92 m。煤層走向?yàn)?50°，傾向?yàn)?40°，平均傾角為34°，平均厚度6.46 m，普氏硬度系數(shù)f=0.44。15#煤層分15-2#、15-4#兩個(gè)分層，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度變化較大，總厚度為3.43～14.98 m，平均6.46 m，其巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖夾煤線。該煤層取樣至實(shí)驗(yàn)室測試（表1），抗壓強(qiáng)度僅為4.41 MPa（f=0.44），抗拉強(qiáng)度平均值為0.81 MPa，屬典型的松散煤層，且有B11背斜軸貫穿整個(gè)工作面，煤層松軟節(jié)理發(fā)育，不利于工作面頂板及煤壁管理。巷道布置見圖1。

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該工作面煤層厚度較大且較松軟，現(xiàn)有支護(hù)技術(shù)難以保持大斷面開切上山的長期穩(wěn)定，極易發(fā)生垮落、片冒現(xiàn)象。

3.1 開切眼施工工藝

開切上山拉門位置在運(yùn)輸巷294～301.2 m處，貫通位置在回風(fēng)巷236～243.2 m處，施工長度為99 m，拉門標(biāo)高為843.3 m，到位標(biāo)高900 m。

該工作面開切上山分2次掘進(jìn)，第一次掘進(jìn)斷面寬度為3.0 m，高2.6 m，掘進(jìn)斷面積為7.02 m2；第二次擴(kuò)幫至設(shè)計(jì)尺寸，寬度為7.2 m，高度為2.6 m，擴(kuò)幫循環(huán)進(jìn)尺為0.8 m，巷道掘進(jìn)斷面積為18.72 m2，凈斷面積為17.5 m2。按照由下向上的方式進(jìn)行擴(kuò)幫，炮眼沿煤層傾斜方向布置。采用錨桿（索）+錨網(wǎng)+W型鋼帶聯(lián)合支護(hù)，單體配合π型鋼梁沿走向加強(qiáng)支護(hù)；錨桿（索）間排距為1.6 m×0.8 m，單體間排距為2.0 m×0.8 m；循環(huán)進(jìn)行直至20 m長度。

3.2 擴(kuò)安同步施工方法

切眼施工長度為99 m，采取從下往上一次掘進(jìn)（寬度為3.0 m，高度為2.6 m）。注漿加固后切眼需由掘進(jìn)后的3.0 m寬擴(kuò)幫至7.2 m，以滿足支架安裝要求。切眼擴(kuò)幫施工由下向上分為5段進(jìn)行，每段傾斜長度20 m（最后一段19 m）；第一段20 m擴(kuò)幫到位后，進(jìn)行支架安裝。支架安裝完成后再進(jìn)行第二段擴(kuò)幫，以此逐段進(jìn)行至回風(fēng)巷。

該方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：①該工作面采用擴(kuò)安同步的方式進(jìn)行施工，存在成功的工程案例；②可對切眼上賦煤巖進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，擴(kuò)幫段上賦煤巖懸頂時(shí)間短，漏頂幾率小；③材料消耗少。

3.3 轉(zhuǎn)運(yùn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

改變每次到切眼上口需要利用安裝平臺(tái)換車的模式，采用回轉(zhuǎn)軸承，制作調(diào)向平臺(tái)（圖2）。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)設(shè)有液壓軌道鎖定及阻車部件，操縱液壓閥即可完成軌道對接固定及分解、阻車器阻車及解除阻車作業(yè)，采煤機(jī)部件、刮板輸送機(jī)部件、液壓支架等在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上無需換車，可直接在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上完成調(diào)向作業(yè)。上車場處僅需一人完成絞車操作及摘掛車作業(yè)。

3.4 安裝工藝流程

完成旋轉(zhuǎn)平臺(tái)與回風(fēng)平巷軌道連接后，操縱閥組完成軌道連接；蓄電池機(jī)車將液壓支架以回頂?shù)姆绞竭M(jìn)入旋轉(zhuǎn)平臺(tái)；操縱閥組完成阻車，使平板車可靠固定；主、副絞車分別與支架、平板車連接可靠，并輔助支架車在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)調(diào)向；支架轉(zhuǎn)為前探梁向上、尾梁向下的縱向姿態(tài)；由主、副絞車牽引下放到指定位置；主絞車牽引，副絞車分別通過輔助滑輪完成支架卸車、調(diào)向、安裝作業(yè)；主、副絞車牽引平板車返回旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，操縱閥組完成阻車，調(diào)向至旋轉(zhuǎn)平臺(tái)軌道與回風(fēng)巷軌道連接處，操作閥組完成軌道連接；機(jī)車牽引離開旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，完成一次安裝作業(yè)，如此循環(huán)。安裝初期每小班可以安裝2架支架、2塊中板。技術(shù)熟練后每小班可安裝4架支架、4塊中板。擴(kuò)幫安裝同步工藝見圖3。

4 結(jié)語

大傾角松散煤層綜采工作面擴(kuò)安同步施工工藝的成功實(shí)施，有效避免了礦井傳統(tǒng)的綜采設(shè)備安裝方法存在的安全問題，而且該工藝勞動(dòng)強(qiáng)度低，安裝速度快，實(shí)現(xiàn)了平巷軌道和切眼導(dǎo)硐軌道之間的無縫轉(zhuǎn)運(yùn)，有利于支架的快速安裝。工藝非常適合急傾斜近距離煤層或者頂板條件差的中厚煤層綜采工作面設(shè)備安裝。