特厚煤層綜放工作面回撤三角區(qū)控制技術(shù)研究

任亞軍

（晉能控股煤業(yè)集團塔山煤礦有限公司，山西 大同 037001）

塔山煤礦特厚煤層綜放8117 工作面設(shè)備回撤時面臨礦壓顯現(xiàn)劇烈、三角區(qū)頂板管理困難、自然發(fā)火形勢嚴峻等問題，需實現(xiàn)工作面快速回撤。現(xiàn)有設(shè)備回撤方案不能滿足快速回撤要求，需優(yōu)化回撤通道支護方案及支架回撤工藝，實現(xiàn)安全高效回撤。

1 概況

塔山煤礦8117 工作面，已結(jié)束正常回采。工作面設(shè)計可采走向長度1064 m，傾向長度281 m，煤層厚度8.07～17.77 m，平均厚度12.83 m，煤層傾角為1°～3°。8117 工作面采用走向長壁綜采放頂煤采煤法，工作面采高為3.8 m，放煤高度9.044 m，采放比為1:2.38。液壓支架參數(shù)見表1。

表1 液壓支架參數(shù)

2 特厚煤層綜放工作面回撤通道支護技術(shù)及支架回撤工藝

2.1 工作面回撤通道掘進

我國目前采用的撤架工藝有單通道單翼回撤工藝及輔助多通道回撤工藝[1-5]。單通道單翼回撤工藝適用于頂板條件較差的高瓦斯礦井，回撤通道預(yù)先在停采線掘出，形成一條垂直于回采巷道的回撤通道，待工作面與回撤通道割通后作為支架回撤通道。輔助多通道回撤工藝適用于頂板完整性好、不易冒落的工作面，回撤通道在停采線處提前掘出2 道回撤通道，形成回撤通道和回撤輔巷，并用多條聯(lián)巷貫通，可以多通道回撤設(shè)備。塔山礦8117 工作面頂板破碎，煤壁片幫嚴重，且自然發(fā)火形勢嚴峻，如采用上述兩種工藝之一，易導致預(yù)掘回撤通道維護困難，自然發(fā)火風險加劇等問題。決定采用采煤機截割擴幫工藝，快速掘出回撤通道，同時完成頂板支護，即采煤機自掘回撤通道法。該方法縮短回撤通道生命周期，使通道變形時間降低，圍巖控制與維護相對簡單。

2.2 回撤通道支護技術(shù)

2.2.1 末采階段頂網(wǎng)鋪設(shè)

8117 工作面正常推進時，平均周期來壓步距為19 m，來壓顯現(xiàn)強度大。考慮到后期工作面整體不放煤帶來的周期來壓步距變化，確定距停采線30～23 m 范圍內(nèi)二分之一數(shù)量支架放煤，距停采線23～17 m 范圍內(nèi)三分之一數(shù)量支架放煤，整體不放煤距離為17 m。當工作面推進到距離停采線17 m時，打固網(wǎng)錨索，整體開始沿工作面方向從頭至尾鋪設(shè)四卷76 m 聚酯纖維柔性網(wǎng)（尺寸為長76 m×寬20 m），網(wǎng)規(guī)格為JDPET600×600MS（網(wǎng)眼43 mm×43 mm）柔性網(wǎng)。為了加強對頂板三角區(qū)的控制，降低回撤成本，保證回撤支架安全高效有序進行，末采階段采用柔性網(wǎng)配合鋼絲繩支護。在工作面末采鋪網(wǎng)期間使用Φ15.5 mm 鋼絲繩垂直工作面方向每架固定，距離網(wǎng)邊2 m 位置，開始增加Φ21.5 mm 鋼絲繩，排距900 mm，共增加7 根，第7～9 根鋼絲繩排距1.6 m。這種支護較之以往回撤通道全部采用“錨網(wǎng)索+工字鋼支護”工藝，縮減了錨網(wǎng)索支護排數(shù)，降低了支護成本，減輕了工人的勞動強度，提高了安全性。

2.2.2 回撤通道圍巖支護方案

8117 工作面停采回撤通道支護示意圖如圖1。

圖1 8117 工作面停采支護示意圖（mm）

（1）頂板支護

當工作面距停采線8.8 m 時，開始打第一排錨索+組合梁，共九排，前三排間排距為175 mm×1600 mm，錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×8300 mm鋼絞線，同時搭配4 m 長11#礦用工字鋼。第四排至第九排間排距為175 mm×800 mm，錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×4300 mm 鋼絞線，輔助構(gòu)件為W 鋼帶。最后在工作面機道與煤壁相交處打設(shè)一排角錨索，角錨索使用Φ17.8 mm×3300 mm，配0.8 m 工字鋼梁，間距1750 mm。

（2）機道支護

① 支架前梁端頭的機道上方，垂直于工作面煤壁，架設(shè)錨索吊掛工字鋼挑梁。錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×8300 mm，間排距為1200 mm×1750 mm，配套4 m 工字鋼梁。

② 在工作面機道頂板范圍內(nèi)，三花布置兩排三眼組合錨索。組合錨索由2 根Φ17.8 mm×8300 mm、1 根Φ17.8 mm×10 300 mm 錨索組成。兩排分別布置在第六排與第七排、第八排與第九排之間。

（3）護幫支護

采用Ф22 mm×2000 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為1500 mm×1200 mm，配套高強度預(yù)應(yīng)力拱形托盤，規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm，輔助450 mm×280 mm×5 mm 型W 鋼帶及8#鐵絲菱形金屬網(wǎng)，加強幫部支護。

2.3 特厚煤層綜放工作面支架回撤工藝

支架回撤導致由“煤壁+工作面液壓支架+采空區(qū)垮落矸石”形成支撐系統(tǒng)被破壞，上覆巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整，空頂區(qū)頂板隨之緩慢下沉。因此支架回撤時必須遵循“掩護后行，順序撤架”的原則，加強對三角區(qū)的及時維護，提高頂板穩(wěn)定性，防止破網(wǎng)、漏矸埋架事故的發(fā)生。

2.3.1 掩護支架布置方法

8117 工作面針對三角區(qū)頂板管理困難和機道雙掩護架支護工藝存在的問題，采用三角區(qū)三支架邁步式回撤工藝，降低三角區(qū)有效面積，縮短三角區(qū)作業(yè)時間，提高回撤效率。8117 工作面支架回撤期間其他設(shè)備已撤出，159#～1#支架由尾向頭，通過工作面2117 運輸巷道依次撤出。為保證3 架掩護支架有足夠調(diào)向空間，163#～160#掩護支架已由回風巷道撤出。

利用支架回撤車[6]將159#、158#、157#普通支架旋轉(zhuǎn)90°平行于工作面方向擺正作為掩護支架，159#普通支架距煤壁1.2 m 作為煤壁側(cè)掩護架，158#作為中間掩護架，157#架為采空區(qū)側(cè)掩護架，距采空區(qū)側(cè)保持1.2 m 間距，掩護架架間間距為1 m，如圖2。

圖2 掩護支架布置示意圖

2.3.2 支架回撤工藝

（1）正常普通支架回撤采用“后退式掩護支架法”進行。首先拆除被撤架和鄰架連接管路后，將被撤支架降至低位，后用拉后溜鏈拴住被撤架支架門頭，另一端連接支架回撤車，駕駛支架回撤車將支架從原位拉出、調(diào)向，最后用支架搬運車裝車出井。

（2）普通支架撤出后，掩護架邁步式前行。157#掩護支架首先前移1.75 m，待撤出2 個普架后，158#與159#掩護架移架3.5 m。

（3）普通支架撤出后，掩護架必須及時移架并升架接頂，支架若不接頂需在支架頂梁上支設(shè)木垛接頂。拉掩護架前，必須將撕破的纖維網(wǎng)用鐵絲重新補聯(lián)，以防前移掩護架后漏矸埋架。

（4）最后2#架和三架掩護架回撤時，需先對157#掩護架回撤，撤出后在三角區(qū)支設(shè)單體和木垛進行加強支護，之后順序回撤158#、159#掩護架，最后撤出2#支架。

3 回撤方案應(yīng)用效果評價

（1）在材料消耗方面。優(yōu)化后節(jié)約錨桿索366根、4 m 工字鋼梁120 根、2000 根道木，單體柱用量減少近120 根，降低了支護成本和工人勞動強度。

（2）在三角區(qū)支護效果方面。應(yīng)用三掩護支架邁步式前進有效降低了三角區(qū)頂板控頂區(qū)域，增大支護面積，加強支護阻力。現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，無鼓包、破網(wǎng)漏煤事故發(fā)生。

（3）在回撤時間功效方面。縮短了三角區(qū)作業(yè)時間，降低了工人的勞動強度，提高了回撤效率，達到9.05 架/班，縮短了回撤工期，緩解了自然發(fā)火壓力。

4 結(jié)論

塔山礦8117 工作面通過采煤機自掘回撤通道法，相比預(yù)掘回撤通道，縮短了回撤通道生命周期，降低了自然發(fā)火風險，并通過優(yōu)化回撤通道支護方案及支架回撤工藝，降低了三角區(qū)支護工人勞動強度，減少了支護材料投入，增強了安全性，提高了支架回撤效率，達到9 架/班，有效保證了特厚綜放工作面支架安全高效回撤。