綜采工作面采煤機沿頂末采施工技術應用

張文鵬

（晉能控股集團寺河煤礦，山西 晉城 048000）

0 引 言

綜采工作面末采施工工藝的選擇，關系到綜采設備搬遷進度、施工費用與新工作面生產準備工作等方面[1]。近些年來，國內大量學者及工程技術人員對綜采工作面末采施工技術進行了大量研究[2-3]。朱家勝[4]研究了綜采工作面末采期間回撤通道礦壓顯現規律，提出主動與被動支護結合的對策；高登云[5]認為工作面頂板懸頂距過長、掛網位置不合理、掛網時間過長、支架支護性能差是導致工作面末采期間頂板管理難度大的主要原因；韓龍[6]研究了神東礦區末采階段和支架回撤階段礦壓顯現規律，提出末采等壓的頂板控制技術。

寺河礦5310 工作面末采階段采用沿底推進末采工藝，末采結束停機后，因頂板留有煤頂，撤架通道高度達到5 m，導致在后續的支架回撤工作中，頂板支護錨索不能有效控制頂板而造成頂板大面積下沉垮落，使撤架工作進展不順利，且造成回撤用木垛板梁數量增多，整個支架回撤工程消耗板梁30147根，超出預期效果。

通過吸取5310 工作面末采施工及撤架通道經驗，在W3308 工作面末采過程中，首次使用沿頂板推進工藝進行末采。

1 工程背景

1.1 工作面基本概況

寺河礦W3308 工作面傾斜長度為256 m，走向長度為1 038.5 m，煤層平均厚度為5.9 m，工作面布置150 個支架。工作面停采線區域處于馬莊背斜、正斷層FW3308-2 影響范圍內，40-60 號架處于向斜軸部，頂板破碎、煤體疏軟；130-140 號架受正斷層影響頂板破碎。受構造影響，W3308 工作面部分區域頂板破碎、頂煤留不住。

1.2 末采施工工藝選擇分析

圖1 為W3308 輔運巷斷面成形情況。由圖可知距停采線100 m 處的W3308 輔運巷存在幾處高冒區，對應66-71 號架范圍、87-113 號架范圍頂板跨度達到6～6.5 m，都處于馬莊背斜軸部附近（馬莊背斜貫通整個采面），同時工作面58-70 號架存在頂板破碎、片幫大等現象。由此推斷分析知，工作面推進至停采線時，馬莊背斜軸部區域煤體、頂板較大可能處于破碎狀態。

圖1 W3308 工作面輔運巷巷道高冒統計

圖2 為W3308 工作面停采線煤層剖面圖，分析可得停采線處煤層底板坡度變化：底板從機頭至122 號架坡度較為平緩，約1°～2°，122 號架至機尾范圍由于受正斷層影響，坡度增大至5°～6°。

圖2 W3308 工作面停采線煤層剖面圖

若末采期間抬底板降采高，沿煤層頂板推進，抬底高度控制1 m 左右時，工作面底板坡度如圖3 所示：機頭側由巷道向工作面內延伸20 架左右，坡度增大至約4°，20 號架至斷層區域坡度不受影響，但斷層至機尾巷道范圍受斷層落差影響，坡度將增大至7°左右。

圖3 W3308 工作面抬底板1m 后煤層剖面圖

通過上述分析可得，由于W3308 工作面受馬莊背斜、正斷層FW3308-2 的影響，工作面部分區域頂板破碎煤頂留不住。通過預測工作面停采線處剖面情況，并結合W3308 輔運巷的成形情況進行分析，為了保證末采上網時，能夠順利降低工作面采高，W3308 工作面末采采取留底煤、沿頂板推進的方式降低工作面采高進行末采。

2 施工工藝

2.1 末采推進

工作面距停采線50 m 時，機頭至機尾方向開始平緩過渡，逐漸上抬煤層底板，通過留底煤的方式降低工作面采高，沿煤層頂板向前推進，工作面機頭機尾沿兩側順槽底板推進，回采過程中將工作面頂底板與兩順槽頂底板平緩過渡。

距停采線50 m 時，逐步調整兩順槽距停采線的距離和工作面采高。工作面距停采線30 m 時必須保證工作面機頭、機尾到停采線距離一致（由地測管理部測量指導），將工作面與停采線調平、調齊。

距停采線30 m 時，工作面采高降至5 m 左右，上網前采高降至4.7 m 左右，并保證工作面頂底板及工作面與兩側順槽頂底板平緩過渡。

表1 為采取不同末采工藝的用時與費用情況，由表可知，沿頂末采工藝在施工進度與工程費用方面具有很大優勢。

表1 末采工藝對比情況表

2.2 撤架通道施工工藝

W3308 工作面撤架通道凈長256 m,設計斷面寬4 m×4.5 m 高（支架底座至煤壁線不小于6.5 m），預計采煤機割煤5 刀。頂板采用末采柔性網（柔性網不足時經緯網補聯）加錨索支護，頂板采用SKP21.8-1/1720-φ22-7300 錨索，排距800 mm，間距1 750 mm。幫部采用金屬網加錨索支護，幫錨索采用φ22-5300-1 型，排距1 m，間距1 m；撤架通道每超寬、超高1 m，補打同型號錨索1 根進行補強，工作面6 月19 日開始掛網、打錨桿，6 月22 日末采結束開始施工鎖口錨索，推進13.5 m。撤架通道割煤4刀，推進4 m。7 月6 日早班施工結束，累計施工鎖口錨索269 根，頂錨索666 根，幫錨桿3 根，幫錨索903 根，掛經緯網及金屬網304 片。施工15 d，出勤1 125 人。表2 為撤架通道施工工藝對比情況表。

表2 撤架通道施工工藝對比情況表

通過新舊主撤通道施工的綜合對比，使用臨時施工撤架通道新工藝，施工一個300 m 的撤架通道，比提前預約主撤通道工藝可節省資金共703.4 萬元。

2.3 撤架工藝

W3308 工作面支架回撤工作中，使用雙掩護架工藝進行支架回撤，每撤1 架打設2 個木垛或聯鎖木垛，通過加強現場管控，在能保證頂板支護達標的情況下，盡量的打設單木垛進行支護，以減少板梁的消耗。表3 為新舊撤架通道施工工藝對比情況表。

表3 新舊撤架通道施工工藝對比情況表

寺河礦自2017 年8 月以來，首次在W2302 中段工作面成功采用臨時施工主撤通道的工藝完成綜采設備回撤后，不斷研究創新改進撤架通道施工工藝，隨后在W3301 工作面首次采用采煤機臨時施工撤架通道，W2303、6302 工作面因地質條件及煤體情況分別采用綜掘機施工及綜掘機配采煤機施工方式完成撤架通道施工，今年5 月份又使用采煤機完成5310 工作面撤架通道的施工。

5310 工作面在末采過程中采用沿底推進末采工藝，末采結束停機后，因頂板留有煤頂，撤架通道高度達到5 m，導致在后續的支架回撤工作中，頂板支護錨索不能有效控制頂板而造成頂板大面積下沉垮落，使撤架工作進展不順利，且造成回撤用木垛板梁數量增多，整個支架回撤工程消耗板梁30 147根，超出預期效果。

通過吸取5310 工作面末采施工及撤架通道經驗，在W3308 工作面末采過程中，首次使用沿頂板推進工藝進行末采，從后期效果來看，無論是對工作面末采工作、撤架通道成型以及后續的支架回撤工作，都有很大的進步和成效，施工工藝日益成熟。尤其是相較舊撤架通道施工工藝而言，可避免掘進主撤通道時大量的無效進尺。

W3308 工作面支架回撤工作中，使用雙掩護架工藝進行支架回撤，每撤1 架打設2 個木垛或聯鎖木垛，通過加強現場管控，在能保證頂板支護達標的情況下，盡量的打設單木垛進行支護，以減少板梁的消耗由于使用沿頂末采工藝，工作面頂板條件良好，且撤架通道高度控制得當，整個撤架通道均在4.0～4.5 m 以下，使整個回撤工程的安全作業環境及工作效率大大提升，也使回撤作業中木垛及板梁的消耗使用量銳減。

與5310 工作面相對比，5310 工作面6 月1 日早班開始支架回撤工作，于6 月19 日午班回撤結束，用時20 d，共計回撤支架172 個，打木垛588 個，使用板梁30 147 根，共計板梁費用361.76 萬元。其中：每架消耗板梁174 根，日均回撤支架8.6 個。W3308 工作面8 月3 日午班開始支架回撤工作，至8 月16 日中班結束，歷時14 d，共計回撤支架150個，打木垛380 個，使用板梁18 640 根，比5310 工作面節省使用板梁11 507 根，節省板梁費用138.1 萬元。其中：平均每架消耗板梁124 根，比5310 平均每架減少50 根；日均回撤支架10.7 個，比5310 日均回撤多2.1 個；最大日回撤支架數19 架，比5310 最大日回撤支架數多3 架。

3 存在問題及解決措施

1）使用沿頂板推進末采工藝，在工作面末采過程中，需留設底煤逐步提升工作面底板高度達到停機要求，在末采過程中機頭、尾與工作面底板容易形成較大臺階，對工作面機頭、尾平緩過渡有很大要求。

解決措施：順槽巷道在掘進過程中就采用沿頂掘進工藝，可有效避免末采及撤架通道施工期間，機頭、尾與工作面底板出現較大臺階情況。

2）撤架通道施工結束后，因底板留有較厚底煤，需在工作面采煤機及刮板機回撤結束后，預留工期專門針對主撤通道底板進行硬化，方能滿足支架回撤需要。

解決措施：合理安排生產銜接，在通道施工結束后第一時間對通道內底煤進行清理。另一方面，通過試驗使用履帶式攪拌機與膠輪車攪拌機，可有效提高硬化工程的工作效率。

3）在支架回撤過程中，頂板多處出現末采網破洞漏矸情況，影響比較厲害的出現在回撤110、88、44-34 號支架時，網的破口較大、漏矸較多，清理與維護困難加大，同時也導致拖支架與拉掩護架的困難增大，極大的影響了回撤進度。

解決措施：①末采及通道施工期間，合理控制支架初撐力，達到合格值25.2 MPa 即可，支架工在操作支架升架過程中，支架與末采網接觸平實即可，不過度升架擠壓末采網，且支架頂梁應與頂板保持水平，不出現傾角及支架錯差，避免支架對末采網造成剪切力而破壞末采網；②支架工在移架過程中，要充分將支架降下足夠空間再進行支架推拉，不得在與末采網和頂板同時接觸的情況下推拉支架，使末采網受搓揉、擠壓等造成破損；③合理安排末采網到礦時間，根據生產情況提前10～15 d 到礦。避免末采網在地面及井下長時間儲存，而造成末采網受腐蝕、氧化等情況。

4）其他預想性措施。通過分析研究，支架回撤過程中，頂部柔性網易出現問題位置（同時也是撤架過程頂板控制關鍵位置）為距撤架通道煤壁4～6 m 范圍，可在區域選用更高強度末采柔性網，或在末采過程中距離停采線2 m 范圍，留設200～300 mm 厚頂煤，在支架回撤過程中起到對末采網的保護作用。

4 結 論

1）使用沿頂板推進末采工藝，較以往預約貫通及沿底末采工藝施工工期有很大的縮減，W3308 工作面末采在處于地質構造區域內進行，包括打錨桿、上網時間在內，整個末采時間不超過3 d。

2）通過沿頂推進進行末采施工，工作面頂板控制有利，在末采過程中，頂板平整，支架接頂支撐有效，基本不會出現片幫、冒頂情況而導致事故而影響末采進度。

3）通過沿頂推進末采工藝對頂板的有效管理與控制，工作面末采安全環境有很大的保障，在W3308工作面末采過程中，未進行任何化學漿及水泥漿的注漿施工即順利完成末采。

4）因使用沿頂推進進行末采，撤架通道在施工過程中，具備使用采煤機施工撤架通道的要求，安全高效。避免因頂板留煤導致頂板破碎、煤體下沉形成網包，壓力始終緊跟掩護架等情況，而被迫使用機掘甚至人工形式進行通道的施工，杜絕不安全因素。

5）撤架通道的成功施工，使撤架通道成型能得到很好的控制，W3308 整個撤架通道高度均在4.0～4.5 m 以下，較5310 工作面降低0.5～1 m。使支架回撤工程工作效率及安全環境得到很大保障，同時減少撤架用板梁等生產成本消耗。