大同礦區白洞礦特厚煤層綜放工作面快速撤退工藝探討

馬占新馬亞杰

（1晉能控股煤業集團有限責任公司 山西 大同 037003；2山西大學電力與建筑學院 山西 太原 030006）

0 引言

我國是個采煤大國,隨著年產千萬噸大型煤礦的不斷涌現，煤礦綜采工作面的快速搬家發揮的作用越來越大,同時存在不少的問題,諸如：撤退三角區頂板問題、上隅角CO超限、后溜子缺氧等問題，目前我國的煤礦綜采工作面的快速搬家還不夠完善，因此在這方面還需進行深入的研究探討［1-3］，尤其是特厚煤層綜放工作面的快速撤退，為此特提出此項研究課題。

1 白洞礦C5#層301盤區南部8108面概況

8108工作面135.5 m，順槽長1 456 m，可采長度1 263 m。煤層平均厚度9.85 m，機采3.2 m，放煤6.65 m，采用走向長壁后退式低位放頂煤綜采方法。位于301盤區南部，工作面平均標高957 m，煤層傾角大約為2°～6°,瓦斯絕對涌出量：0.96 m3/min，相對涌出量：0.51 m3/t；二氧化碳絕對涌出量：10.23 m3/min，相對涌出量：5.4 m3/t，煤層自燃傾向性等級為II級，自燃傾向性為自燃；煤層有煤塵爆炸性，爆炸指數為36.79%～38.53%，煤層自燃發火期為82天；地溫＜26℃，屬地溫正常區；無沖擊地壓，地質構造簡單。上覆為C3#層8106工作面的采空區，層間距3 m~6 m，對應地面無建筑物。直接頂巖性特征：以砂泥巖為主，灰褐色何灰黑色居多，含有少量煤和泥巖，厚4.39 m。老頂巖性特征：灰白色砂礫巖為主，成分復雜，其中含有部分泥巖，砂巖，頁巖，厚6.26 m。直接底巖性特征：深灰色塊狀泥巖、有少量植物化石。8108工作面運輸系統圖詳見圖1。

圖1 8108工作面運輸系統圖

2 白洞礦C5#層301盤區南部8108面的快速收尾撤退的研究

2.1 白洞礦C5#層301盤區南部8108面的收尾撤退時的特殊條件

8108工作面采至2020年6月8日（采位為1 225 m），出現了CO超限情況，大致情況為：工作面從尾到頭一直下降，尾架位置CO濃度為120 ppm，至到第36＃架CO濃度下降為24 ppm。分析原因為：8108工作面實際開采為：自2019年3月開采至2020年6月結束，月平均推進度79 m，推進速度慢；同時該區域屬于C3#與5#層分岔合并區，根據及礦山壓力相關理論，8105面出現超前支撐壓力及周期來壓時礦壓顯現現象［1］，超前支護長度由原來的50 m變為100 m，周期來壓步距由30 m變為40 m，兩種因素互相作用，導致8108面收尾撤退時CO超限、工作面頂板破碎、超前壓力大等困難較大，屬于特殊條件下的收尾撤退。《8108工作面開采進度圖》詳見圖2。

圖2 8108工作面開采進度圖

2.2 白洞礦C5#層301盤區南部8108面的收尾撤退時的規律總結

3“+”工藝：即是3個加強工藝，分別是:1個“+”：即加強設計工藝:1個“+”：即加強現場工藝；1個“+”：即加強組織工藝。

2.2.1 加強設計工藝

（1）上停采網起點時，由原來的用2寸水管作為鋪網起點加強為采用鋼絲繩+壓網錨桿作為鋪網起點，既使網鋪的平而且直，又可以防止網被搓起拉破。

（2）在停采時支架主頂梁上支護由原來的鋼帶+錨桿+錨索加強為工字鋼梁沿傾向邁步式布置，為由于該工作面與上覆采空區層間距為3 m~6 m，無法保證工作面支護能有效錨固在穩定巖層內，同時在撤退時頂板又難以及時軟拖直至垮落，因此采用工字鋼梁沿傾向邁步式布置。

（3）在停采時頂網由單層8#鉛絲菱形網，加強為雙層8#鉛絲菱形網。

（4）撤退時，通風系統由于上隅角等CO超限，由原來的輔運順槽進風加強為由運輸順槽進風，即不倒通風系統。

（5）在撤退時，采空區管理采用由原來的注氮（配合束管監測）+注阻化劑，加強為注氮（配合束管監測）+注阻化劑+端頭封堵+噴涂瑞克高分子材料+弱均壓風機。具體方案如下：8108工作面采用U形通風方式，無升壓巷，2108巷為進風、運煤順槽，5108巷為回風、運料順槽，進風風量：833 m3/min，回風風量：1 039 m3/min，采用如下加強措施：

①注氮（配合束管監測）

a.井下注氮硐室內，運行3套制氮機，其中一套開啟一臺空壓機，其他兩套均開啟兩臺空壓機，向8108采空區注氮，注氮管路埋進采空區26.5 m處注氮，流量分別為841 m3/h，濃度98.4%；流量為496 m3/h，濃度98.1%；備用制氮機流量405 m3/h，濃度98%。

b.臨時制氮機

新穩設注氮車，第二趟注氮管路鋪設到位，第二趟埋入采空區9 m，流量為501 m3/h，濃度98.6%。累計共向采空區注氮量2 243 m3/h。

②端頭封堵

工作面頭、尾端頭進行封堵，隨后對工作面頭端頭封堵墻和1#、2#、3#支架間噴涂了瑞克高分子材料，使用瑞克材料1.5噸。

③弱均壓風機

在5105巷回風順槽風門外安裝2×15 kW弱均壓風機，使用直徑600 mm螺紋風筒，供風距離300 m，風機吸風128 m3/min，風筒末端出風57 m3/min。

④注阻化劑

8108工作面11#-12#、37#、47#-48#支架處的3個孔注阻化劑。阻化劑使用600 kg。

（6）在停采時，停采線原設計位置為采位1 280 m處，根據工作面最近一次來壓采位為1 248 m，周期來壓步距約為40 m，及相對上覆C3#層南部8106工作面停采線位置應內錯20 m避免應力集中區，因此加強為停采線位置為采位1 263 m處。

2.2.2 加強現場工藝

（1）撤退時運輸順槽的軌道為24K鐵軌，加強為32K鐵軌，并且及時重新釘好道。

（2）撤退時，為了工作面和運輸順槽平行施工，提前回撤頭端頭1#、2#、尾端頭93#、94#支架，之后端頭支護加強為兩組支架處補打單錨索和在支設木垛鎖口。

（3）撤退時，把運輸順槽起吊吊盤加強為起吊11#鋼梁。

（4）撤退時，把掩護支架由2架邁步式掩護方式，加強為3架并排式掩護方式。

（5）撤退時，把撤架三角區域維護由支設木垛+木點柱+單體支柱，加強為先木垛鎖口+邁步式掩護架支設走向11#工字鋼梁+臨時單體支柱維護方式［4］。8108工作面撤退三角區加強支護平面圖詳見圖3。

圖3 8108工作面撤退三角區加強支護平面圖

（6）撤退時，把運輸順槽過下伏盤區皮帶巷的軌道經過段，由石渣墊道+道木加強為硬化路面+軌道并在下伏巷道支設木垛加強支撐力。

（7）撤退時，局部地點出現低氧區，采用在回撤通道打“L”型風障引流，加強后溜區間撤退時期的工作人員的用風管理。

2.2.3 加強組織工藝

（1）在撤退后溜時，為了防止出現低氧區，對后溜區域由一般區域加強為禁區管理，即在撤退時，若輔運順槽風門開關時，該區域嚴禁有人員進入，待風流穩定后再進行回撤施工。

（2）撤退時，由原來的按工期施工法加強為倒排工期施工法，保證了每天的任務完成。

（3）撤退時，由原來的安全生產系統副總工程師（助理）以上管理人員跟班，加強為安全生產系統副總工程師（助理）以上管理人員+各專業業務骨干組成的專家組管理人員跟班。

（4）收尾撤退時，由原來的綜采隊+掘進隊完成，加強為收尾撤退總綜合隊（包括采、掘、機、運、通各專業隊組）。

3 白洞礦C5#層301盤區南部8108面實踐驗證

通過采用3“+”工藝，在白洞礦實現了快速收尾撤退并得到驗證。

具體施工情況：

（1）2020.6.13日開始上停采第一茬網，至2020.6.25停采完畢；

（2）2020.6.26開始撤退，至2020.7.29三機撤退完畢；

（3）2020.7.30開始撤支架，至2020.8.21撤架完畢。

（4）其中礦井及工作面有如下影響因素：

①車輛的運輸受該盤區運輸能力限制（無車場單軌道無極車），空車與重車必須在930暗斜井上錯車，對撤退進度有很大影響，影響時間累計8天。

②受運輸系統的高度限制，支架裝車采用側臥位置裝車，使用40T錨鏈配合?30 mm和?20 mm螺栓固定在裝架車上，裝架車需現場加工串螺栓孔洞，并且需將支架前探梁和后尾梁油缸銷拆下，使支架前探梁及后尾梁可折疊固定，工藝工序復雜繁瑣，影響時間累計10天。

③皮帶大倉、轉載機、破碎機、自移尾等固定設備的螺栓大都銹死，拆解困難，尤其是端頭支架空間狹窄，銷子多數有銹蝕、變形情況，只能用甩錘拔，進度緩慢，影響時間累計5天。

④皮帶巷需完善運輸系統，對原有軌道進行撥道、修道、墊道，以及清煤泥、硬化、養護，影響時間5天。

⑤后溜尾未打絞車硐室、穩車，因此傳溜槽困難，需要在后溜尾處打傳后溜槽牽引錨索，共計打錨索24個，影響時間2天。

⑥由于開采速度慢，使工作面上覆采場頂板應力出現顯現，因此在撤至47#-10#支架范圍內，出現頂壓增大，頂板下沉現象，同時部分支架后柱行程較小，降架、撤架困難，影響時間累計5天。

（5）8108工作面收尾撤退共用時70天，其中由于礦井及工作面影響35天，實際用時為35天。

4 結論

通過采用3“+”工藝，實現了大同礦區的特厚煤層綜放工作面在特殊條件下快速收尾撤退，創經濟效益約120萬元左右，同時也實現了安全零事故，并為礦區的社會穩定做出貢獻。