張家鎖

(山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)竹林山煤業(yè)有限公司)

綜采面大型支架回撤通道留設(shè)與支護(hù)技術(shù)

張家鎖

(山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)竹林山煤業(yè)有限公司)

為了實(shí)現(xiàn)綜采工作面大型支架的安全回撤，竹林山煤礦設(shè)計(jì)了適合大采高，無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸?shù)幕爻吠ǖ?。根?jù)綜采工作面的煤巖層地質(zhì)條件、待運(yùn)輸支架的型號(hào)，確定利用EBM-160型掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)掘支架回撤通道的方案。采用支護(hù)與掘進(jìn)交替作業(yè)的施工方法，頂板與煤幫用錨桿金屬網(wǎng)支護(hù)，錨索補(bǔ)強(qiáng)。通過(guò)調(diào)整采高、周期來(lái)壓步距、兩端頭進(jìn)度和出口提前鋪網(wǎng)拉繩等準(zhǔn)備工作，炮掘絞車硐室、打機(jī)頭磨角等輔助作業(yè)，掘進(jìn)機(jī)從機(jī)尾向機(jī)頭沿工作面方向掘進(jìn)。礦壓檢測(cè)結(jié)果顯示：撤架期間通道圍巖穩(wěn)定，無(wú)頂板垮落現(xiàn)象，所有支架順利撤出。

大采高 無(wú)軌膠輪車 回撤通道 巷道支護(hù)

預(yù)掘支架回撤通道在國(guó)內(nèi)外大型礦井中得到了較廣泛的應(yīng)用，但對(duì)于一些小型礦井，尤其是地質(zhì)條件復(fù)雜和受采動(dòng)影響的工作面，預(yù)留煤柱可能發(fā)生突然失穩(wěn)而造成嚴(yán)重后果，因此預(yù)掘通道是不可行的[1]。在開(kāi)掘回撤通道之前，待掘區(qū)域頂板圍巖受回采作用的影響，其整體性結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了一定程度的變化[2]，采用現(xiàn)掘回撤通道，不僅要確定工作面的停采位置，更重要的是通過(guò)礦壓檢測(cè)觀察通道開(kāi)掘及使用中的礦壓變化規(guī)律，防止出現(xiàn)頂板冒漏等事故[3]。另外回撤通道的支護(hù)直接關(guān)系到通道的留設(shè)效果及使用能力[4-5]。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者通過(guò)研究回撤通道期間的礦壓規(guī)律和頂板控制，取得了一定的理論與實(shí)踐成果[6-7]。

竹林山1320工作面為第一個(gè)大采高綜采工作面，配套了相應(yīng)的大型支架設(shè)備。為了將1320工作面支架撤出并搬運(yùn)至新掘工作面，該礦根據(jù)自身地質(zhì)條件和多年井下綜采工作面的管理經(jīng)驗(yàn)，制定了現(xiàn)掘回撤通道，并利用錨桿錨索加固頂板，木垛支護(hù)采空區(qū)的一系列措施，確保了支架的順利撤出。

1 綜采工作面概況

竹林山煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為90萬(wàn)t/a，井下布置有一個(gè)回采工作面，兩個(gè)掘進(jìn)工作面。1320綜采工作面綜采一次采全高采煤方法，位于1300采區(qū)巷道東側(cè)，南為采空區(qū)，北為待采1321工作面，東為1400采區(qū)巷道。工作面走向長(zhǎng)1 000 m，傾斜長(zhǎng) 156 m，煤層平均厚度4.68 m，傾角0°～7°。煤層為黑色、灰黑色金屬光澤，階梯狀、貝殼狀斷口，條帶狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理層理較發(fā)育。煤層頂板為中細(xì)粒砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，巖石抗壓強(qiáng)度為108～116 MPa，屬半堅(jiān)硬-堅(jiān)硬巖石。底板為粉砂質(zhì)泥巖，巖石抗壓強(qiáng)度34～56 MPa，屬半堅(jiān)硬巖石。

1320工作面采用MG500/1330-GWD型雙滾筒采煤機(jī)割煤，采高4.8 m，循環(huán)進(jìn)度0.6 m。采用SGZ900/800型可彎曲刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，運(yùn)輸長(zhǎng)度156 m。工作面采用ZY8600-24/50型自移式液壓支架支護(hù)，兩端頭采用ZYT8600-24/45型自移式液壓支架，共計(jì)93架，最大控頂距5 280 mm，最小控頂距4 680 mm。1320綜采工作面的末采階段共分為工作面機(jī)頭機(jī)尾錯(cuò)差調(diào)整、采高調(diào)整,鋪網(wǎng)上鋼絲繩和回撤通道留設(shè)兩大部分，其中距停采線4.2 m為工作面留設(shè)回撤通道階段。此次支架回撤通道運(yùn)送支架工程量如表1所示。

表1 回撤通道支架運(yùn)輸主要工程量

2 回撤通道留設(shè)方案

根據(jù)礦井采掘接替、頂?shù)装鍘r性、工作面壓力等條件，確定采用現(xiàn)掘支架回撤通道方案，等工作面回采至預(yù)定距離時(shí)停止回采和前移支架，掘進(jìn)機(jī)開(kāi)掘通道，錨桿錨索支護(hù)頂幫。本次1320工作面末采支架回撤通道使用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，在回風(fēng)順槽安裝掘進(jìn)機(jī)，從機(jī)尾向機(jī)頭沿工作面方向掘進(jìn)，綜采隊(duì)在距設(shè)計(jì)停采線前4.2 m時(shí)停止回采。1320綜采工作面通道施工采用EBZ-160型掘進(jìn)機(jī)落煤，掘進(jìn)與支護(hù)交替作業(yè)。待掘進(jìn)機(jī)將撤架通道掘成后，綜采隊(duì)開(kāi)始回撤設(shè)備。如圖1為末采停采位置剖面圖。

圖1 末采停采位置剖面

1320綜采工作面采用WC40Y型無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸支架，膠輪車長(zhǎng)9.5 m，寬3.6 m，高1.6 m。過(guò)渡支架體型最高，為2 800 mm，端頭支架體型最長(zhǎng)，為7 800 mm。所以根據(jù)無(wú)軌膠輪車和支架實(shí)際運(yùn)輸要求，確定回撤通道斷面規(guī)格(寬×高)為4.2 m× 4 m，長(zhǎng)度為156 m，在通道和順槽直角拐彎處掘兩直角邊長(zhǎng)為5 m的拐角。

3 回撤通道支護(hù)方案

根據(jù)支護(hù)設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)，1320回撤通道采用錨桿金屬網(wǎng)支護(hù)，錨索補(bǔ)強(qiáng)。

3.1 支護(hù)材料

①采用專用鋼材錨桿，桿體為20#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，桿尾螺紋型號(hào)為M22 mm，制作長(zhǎng)度為 2 400 mm，滾壓加工成型，延伸率為17%，屈服力為126 kN,極限拉斷力為188 kN，設(shè)計(jì)間距 800 mm，排距1 000 m；②采用規(guī)格為130 mm×130 mm×8 mm 的拱形高強(qiáng)度托板，其力學(xué)性能與錨桿桿體配套；③鋼筋托梁由φ14 mm的圓鋼焊接而成，制作寬度80 mm，長(zhǎng)度4 000 mm；④采用規(guī)格為 4 200 mm ×1 200 mm的菱形鐵絲網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)孔為50 mm×50 mm；⑤樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度1 200 mm，且采用兩支樹(shù)脂藥卷錨固，規(guī)格分別為K2335和Z2360；⑥采用SKP22-1/1860錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，其索體由1×19股低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為8 300 mm，極限拉斷力為 554 kN，抗拉強(qiáng)度大于1 770 MPa。設(shè)計(jì)采用3支樹(shù)脂藥卷加長(zhǎng)錨固，一支K2335,兩支Z2360。在錨索頭部安裝樹(shù)脂藥卷攪拌頭，尾部安裝高強(qiáng)度錨具。每隔一排安裝3根錨索，排距為2 000 mm。配套采用規(guī)格為300 mm×300 mm×15 mm的加強(qiáng)型金屬托板。

3.2 頂板支護(hù)

頂板均采用桿尾螺紋為M22mm的螺紋鋼錨桿和φ21.8 mm錨索支護(hù)，排距均為1 000 mm。第一排交叉安裝3根錨桿和3個(gè)錨索，間距800 mm，第二排6根錨桿，間距800 mm，均打在鋼帶上，按此方式交替支護(hù)。靠近巷幫的頂板錨桿與鉛垂線安設(shè)成30°，其余錨桿垂直于頂板?？拷Ъ芏祟^線處用φ21.8 mm錨索配合錨索托板支護(hù)，排距為 2 000 mm。回撤通道頂板支護(hù)方式如圖2所示。

圖2 回撤通道頂板支護(hù)示意

3.2 巷幫支護(hù)

采用與頂板相同型號(hào)的錨桿，間距800 mm，排距1 000 mm。采用型號(hào)為Z2360樹(shù)脂藥卷加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度1 000 mm。采用與頂板相同的托板、托梁和金屬網(wǎng)，托梁長(zhǎng)度為3 400 mm。補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)采用φ21.8 mm錨索打在鋼帶上支護(hù),每?jī)膳虐惭b兩根錨索，間距為1 000 mm。

采用相同的錨桿和錨索，排距為1 000 mm，每排3根錨桿和2根錨索，間距850 mm?？拷敯宓南飵湾^桿與水平線安設(shè)成10°，距頂200 mm，其余錨桿垂直于巷幫，靠近地板的錨桿與地板水平距離400 mm，靠近頂板的巷幫錨索安設(shè)角度與水平線成10°，另外一根垂直于巷幫?；爻吠ǖ老飵椭ёo(hù)方式如圖3所示。

圖3 回撤通道巷幫支護(hù)示意

4 回撤通道施工工藝

4.1 準(zhǔn)備工作

回撤通道開(kāi)掘之前，首先在1320運(yùn)輸順槽和1320回風(fēng)順槽標(biāo)注停采線位置，距停采線標(biāo)注好48，34.2，18.0，8.2，4.2 m位置，確保各道工序的準(zhǔn)確性。由于圍巖應(yīng)力隨著支護(hù)強(qiáng)度的改變而改變，為使綜采支架順利撤出，在工作面回采至停采線之前，為了更好地控制頂板和圍壓，要做好以下準(zhǔn)備工作。

(1)調(diào)整采高。通過(guò)調(diào)整采高來(lái)適當(dāng)調(diào)整工作面的壓力，使頂板下沉量小，煤壁受壓小。距停采線34.2 m時(shí)，將工作面中間支架段的采高以留頂?shù)姆绞街饾u降低，工作面煤幫內(nèi)機(jī)頭、機(jī)尾三架與順槽平緩過(guò)渡；在距停采線18 m時(shí)將整個(gè)采高降低至 4.0 m，方便末采初次上網(wǎng)作業(yè)。直至末采結(jié)束，通道留成，整個(gè)采高控制在4.0 m，以滿足回撤支架通道的要求。

(2)調(diào)整周期來(lái)壓步距。根據(jù)竹林山精查地質(zhì)報(bào)告的鉆孔柱狀圖分析,井下工作面并沒(méi)有明顯的基本頂，沒(méi)有明顯的初次來(lái)壓與周期來(lái)壓的現(xiàn)象。在距停采線40～20 m時(shí)，放慢綜采工作面推進(jìn)速度，使直接頂充分垮落，當(dāng)至20 m時(shí)單靠支架的初撐力就可以控制好工作面的頂板。

(3)調(diào)整兩端頭進(jìn)度和出口。為充分利用資源，在距停采線40 m以外時(shí)，采用割三角的辦法，逐步調(diào)整工作面機(jī)頭機(jī)尾距停采線的距離，使工作面與停采線調(diào)平、調(diào)齊。調(diào)整工作必須在初次上網(wǎng)前結(jié)束，保證回撤設(shè)備時(shí)空間能夠滿足要求。

(4)提前鋪網(wǎng)拉繩，保證頂板的完整性，提高圍巖自身構(gòu)造應(yīng)力作用。當(dāng)工作面推進(jìn)至距停采線18 m時(shí)開(kāi)始沿工作面在支架前梁上掛網(wǎng)，直至將工作面推至停采線，網(wǎng)覆蓋工作面全長(zhǎng)并在機(jī)頭機(jī)尾各留出1～2 m，搭在所有支架上方。采用錨桿直接將第一趟網(wǎng)錨在頂板上，直至聯(lián)第十趟網(wǎng)時(shí)，在第十趟網(wǎng)下網(wǎng)邊聯(lián)設(shè)平行于工作面的第一道鋼絲繩，共上14道鋼絲繩。每道鋼絲繩間距300 mm，鋼絲繩在機(jī)頭機(jī)尾端頭架各富余出2～3 m。

4.2 輔助工作

工作面回撤支架時(shí)，需提前回撤1#～5#架，在初次打錨桿掛網(wǎng)后，以初次打錨桿為起點(diǎn)，工作面每回采2 m，在1#～5#架梁頭架間補(bǔ)打6根φ21.8 mm錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，直至工作面停采。

根據(jù)撤架需要，在工作面通道正前方機(jī)頭處打絞車硐室，硐室寬2.4 m，深4.0 m，高2.6 m，采用錨網(wǎng)支護(hù)，中心與工作面通道中心一致。檢查頂板和幫部的活矸、活炭，然后卸掉鋼帶上的螺絲，取掉鋼帶和鐵絲網(wǎng)。采用風(fēng)鉆打眼，爆破落煤，人工攉煤到轉(zhuǎn)載機(jī)上，通過(guò)支平臺(tái)進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，循環(huán)尺寸為2.0 m。根據(jù)無(wú)軌膠輪車拐彎的要求，在工作面機(jī)頭煤幫處打磨出等腰直角三棱柱，兩直角邊長(zhǎng)度均為5 m，高度由工作面向順槽平緩過(guò)渡。

4.3 通道掘進(jìn)

當(dāng)?shù)谝坏冷摻z繩到達(dá)支架頂梁與掩護(hù)梁交接處，最后一道鋼絲繩到支架頂上距梁端約300 mm后停止移架，采煤機(jī)向停采線方向割一個(gè)循環(huán)進(jìn)度煤，并進(jìn)行掃底，然后將工作面支架伸縮梁全部伸出，一二級(jí)護(hù)幫板護(hù)住煤幫。同時(shí)將工作面溜子全部拉回，煤拉空，并將采煤機(jī)停至機(jī)頭頂板完好處。在1320回風(fēng)順槽斜貫繞道處，安裝EBZ-160掘進(jìn)機(jī)，然后從機(jī)尾向機(jī)頭沿工作面平行方向掘進(jìn)。圖4為支架回撤通道留設(shè)及支護(hù)效果圖。

圖4 支架回撤通道留設(shè)及支護(hù)效果

5 礦壓監(jiān)測(cè)效果

由于采用自然垮落法處理采空區(qū)頂板，回采后頂板即行垮落，掘進(jìn)工作面巷道因與回采工作面相鄰，受采動(dòng)影響明顯，且隨著工作面回采范圍的擴(kuò)大而加大。在距停采線100 m左右開(kāi)始加強(qiáng)礦壓觀測(cè)，對(duì)來(lái)壓步距、壓力持續(xù)距離及來(lái)壓強(qiáng)度等進(jìn)行分析。通過(guò)連續(xù)的礦壓檢測(cè)，末采期間頂板較穩(wěn)定，礦壓處于可控范圍之內(nèi)，末采及支架回撤通道的施工安全。

為了驗(yàn)證回采通道頂幫控制的可靠性，實(shí)時(shí)掌握頂幫動(dòng)態(tài)變化情況，在回采通道掘進(jìn)過(guò)程中設(shè)置了5個(gè)頂幫變化觀察站，對(duì)支架及其他設(shè)備回采過(guò)程中的頂板下沉量和煤幫移進(jìn)量進(jìn)行觀察。觀察數(shù)據(jù)顯示，在回測(cè)過(guò)程中支架后方的頂板呈三角狀管面下沉，支架前方及回測(cè)運(yùn)輸通道頂幫穩(wěn)定可靠。

6 結(jié) 語(yǔ)

竹林山煤礦井下1320工作面采用現(xiàn)掘回撤通道留設(shè)及錨桿金屬網(wǎng)支護(hù)、錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的方案，通過(guò)調(diào)整采高、控頂距、鋪網(wǎng)拉繩，在回撤支架的后方側(cè)打木垛和點(diǎn)柱等一系列措施，將所有支架都順利撤出，且在回撤期間，未出現(xiàn)頂板大面積垮落和局部冒頂?shù)韧话l(fā)情況。有效地保證了回撤通道的使用，為以后支架回撤通道的施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

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2014-07-25)

張家鎖(1969—)，男，生產(chǎn)礦長(zhǎng)，工程師，注冊(cè)安全工程師，048100 山西省太原市。