孟慶妮

(中國平煤神馬集團六礦，河南 平頂山 467001)

在綜采工作面生產(chǎn)過程中準備工作是非常重要的環(huán)節(jié)，工作面設(shè)備的搬家倒面尤為關(guān)鍵，關(guān)系到整個煤礦的生產(chǎn)與經(jīng)濟效益[1]。傳統(tǒng)的綜采工作面設(shè)備搬遷沿用了軌道式輔助運輸?shù)姆绞?，運輸環(huán)節(jié)多、系統(tǒng)復雜、安全性差，但是綜采工作面機電設(shè)備較多，回撤工藝比較復雜，周期較長，事故頻發(fā)，一直以來影響著煤礦的安全生產(chǎn)[2-4]。液壓支架本身大而笨重，在地質(zhì)條件較好的情況下可以較好的實現(xiàn)搬家倒面，但是工作效率較低，存在著諸多的安全隱患。在地質(zhì)條件特殊的情況下，如遇到斷層，遵循傳統(tǒng)的設(shè)備搬遷的方法，不僅使工作效率大大降低，安全問題也非常突出，因此在構(gòu)造帶條件下實現(xiàn)安全高效的支架回撤，是亟待解決的一項重大課題。

隨著高產(chǎn)高效綜采設(shè)備在我國礦井全面推廣，極大地提高了礦井的經(jīng)濟效益。為了保證工作面生產(chǎn)效率，在綜采工作面搬家時需要提高效率，實現(xiàn)快速搬遷，減少工作面非工作時間。楊玉亮[2]等以塔山礦8107綜放工作面液壓支架回撤難題為例，介紹了引進的大型支架回撤吊車，大大提高了支架的回收效率。張國棟[3]等從液壓支架安全回撤工藝及設(shè)備配套工藝兩個方面入手，研究了綜采工作面液壓支架回撤工藝。張睿[5]等以陳四樓煤礦21501工作面支架回撤為例，介紹了在復雜構(gòu)造條件下綜采工作面的收尾技術(shù)。郭勝利[6]等以國投新集二礦2813綜采工作正面支架回撤為例，介紹了在大傾角煤層和高瓦斯的特殊地質(zhì)條件下工作面設(shè)備的撤除工作。雷煌[7]介紹了國內(nèi)外綜采工作面快速搬家裝備與技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)國內(nèi)煤礦的地質(zhì)條件，提出了適合國內(nèi)條件的支架回撤工藝。工作面設(shè)備搬家倒面的效率嚴重影響著礦井的安全生產(chǎn)，根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的支架回撤工藝，結(jié)合停產(chǎn)線位置及地質(zhì)構(gòu)造情況，提出一種適合在特殊環(huán)境下的支架回撤方案，有效解決資源浪費的問題。

中國平煤神馬集團六礦戊9-10-22180工作面機巷設(shè)計終采線位于一條斷層處，在工作面支架的回撤工藝上如果采用傳統(tǒng)的設(shè)備搬遷工藝[9]，工作效率低，工人勞動強度大，工作環(huán)境惡劣，甚至還會造成一定程度的安全事故，因此為了安全有效的完成工作面設(shè)備的撤除工作，在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上結(jié)合工作面的地質(zhì)構(gòu)造特征，采用新型的支架回撤工藝，保證支架能夠安全高效地完成回撤工作[10]。

1 工程背景

1.1 工作面概況

戊9-10-22180工作面位于戊二采區(qū)，工作面里段對應(yīng)位置是程家溝，東部是戊二下山保護煤柱，西部是鍋底山斷層，北部和南部均為未采動實體。采面傾斜長度205m，平均傾角13°。在回采過程中，采面機巷向前推進遇到編號F14(H=5.0∠40°)的正斷層，斷層從機頭揭露，向機尾方向發(fā)展。工作面終采線位置及斷層位置如圖1所示。機巷設(shè)計終采位置在+2內(nèi)17m，位于F14斷層處，采面斷層揭露機頭1#—10#架全巖，從11架底鼓至60架逐漸變小。11#—20#架托煤回采，下盤煤在采面頂板上部。工作面設(shè)備見表1。

表1 工作面設(shè)備

圖1 戊9-10-22180工作面斷層及終采位置示意圖

1.2 傳統(tǒng)回架工藝

按照平煤六礦傳統(tǒng)的收尾搬家工作，采面的終采位置一搬選擇在頂板條件好，無斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造處，以利于頂板管理和收尾施工。支架的回撤一搬選擇從風巷正回支架，即支架在采面進行裝車后從風巷外運，如圖2所示。出架空間頂板支護采用單掩護架及雙排木垛維護通風道，采空區(qū)側(cè)頂板每架打5根點柱支護，確保有效支護出架空間，保證收尾期間的通風。

圖2 傳統(tǒng)回架工藝

1.3 構(gòu)造帶處終采位置選擇

在工作面在回采過程中，采面揭露編號為F14(H=5.0∠40°)的正斷層。采面設(shè)計機巷終采位置位于+2內(nèi)17m、風巷終采位置位于-3內(nèi)20m處。F14斷層從機頭下盤揭露向機尾方向發(fā)展，斷層傾角40°。按照設(shè)計終采位置，機頭終采位置位于斷層下盤，頂板破碎，巷道條件差，受構(gòu)造影響不利于施工機頭抹角及絞車硐室，裝車間位置條件差。

根據(jù)煤層賦存的地質(zhì)狀況，在設(shè)計終采線前20m設(shè)置為停產(chǎn)線，機巷巷道頂板好，采面無構(gòu)造，利于機頭抹角及絞車硐室的施工和采面的回收。但是終采線提前20m，會造煤炭資源的丟失?？紤]到經(jīng)濟效益，決定設(shè)計終采線外移10m。機巷頂板受F14正斷層(落差5m)的影響，正好位于斷層的上盤，頂板較完整，利于機頭做抹角、絞車硐室，裝車間位置條件也較好。斷層向采面發(fā)展，斷層上盤壓頭1#—10#支架全巖，下盤底鼓為11#—60#支架，向機尾方向逐漸變小，其中11#—20#支架頂板托煤。采面受構(gòu)造影響處，采用注馬麗散和穿棚支護的方法來加強出架空間的頂板管理。

2 支架回收方案對比

2.1 倒回支架方案

支架回收，需要考慮到經(jīng)濟效益及安全效益。如圖3所示，采用倒回支架方法進行回收。液壓支架倒出架，支架抽出后，運至機巷裝車間整架裝車，然后整體外運到-440大巷裝車間處，解體后裝車升井。支架走機巷外運。運輸巷道條件好，機巷運輸巷道擴修量少，從泵站至機巷帶式輸送機挖底小，且出渣方便。人員處于進風巷作業(yè)，作業(yè)環(huán)境好，工作效率高。如選用正出架，人員處于回風巷作業(yè)，巷道溫度高，作業(yè)環(huán)境惡劣。支架走風巷外運，風巷巷道應(yīng)力集中壓力較大，巷道條件差，巷道翻修拉底工作量大，需進礦車裝車出渣，勞動強度大，工期進度慢，工作效率低。

圖3 倒回架工藝及支護方法

2.2 雙掩護架倒回支架方案

采用倒出架時，頂板壓力集中向下方轉(zhuǎn)移，給抽架工作帶來不便，為此采用雙掩護架方法倒出架。

采用雙掩護架倒出架，增大了出架時頂板的支護面積，增強了出架空間頂板的支護效果，在出架時，加快了抽支架的速度，保證了出5架，裝5架的正規(guī)循環(huán)，縮短了搬家工期。

雙掩護架邁步交替前移，增強了出架處頂板的臨時支護，采空區(qū)側(cè)掩護架前移后，使采空區(qū)側(cè)頂板及時跨落，避免頂板支護，頂板壓力提前釋放，減少對未回支架的壓力，有利于頂板管理和通風順暢，確保了出架安全。

采用雙掩護架倒出架，采用在掩護架后每5m打一個木垛的辦法支護維護通風道，采空區(qū)側(cè)采用4棚鋼梁臨時支護抽架空間，相比以往一架掩護架打二排木垛支護，省下采空區(qū)側(cè)一排木垛及老塘側(cè)5根點柱，減少了空間維護支護材料的投入，節(jié)約了材料費。減少了出架空間的維護工作量，優(yōu)化工作環(huán)境，降低了職工的勞動強度，提高了抽支架及維護空間的工效，提高了工作效益。

3 支架回撤工藝及步驟

3.1 采面出架空間的支護方案

當采面推至距終采線11m處時，采用10m×1.2m卷網(wǎng)進行上網(wǎng)上繩，第一、二排網(wǎng)為單層，接著上雙層網(wǎng)。網(wǎng)與網(wǎng)左右搭接0.3m，上下搭接0.2m。第一排單網(wǎng)邊緣上引繩，第一排雙網(wǎng)中部時開始上第一根繩，繩距0.6m。當單層網(wǎng)落地被采空區(qū)矸石壓實一排后，停止拉架，準備做出架空間。

為了便于采面順利出架，根據(jù)支架最低高度及出架時抹彎半徑，要求采面終采時底板平整，支架梁端至煤壁的出架空間凈高3.3m，凈寬2.4m，確保出架暢通。出架空間頂板支護，頂錨網(wǎng)采用10m×1.2m卷網(wǎng)，錨桿采用Φ20mm×2200mm高強錨桿；錨桿眼的布置，采用平行的布置方式，眼間距750mm、排距800mm，與頂板傾角90°，即迎向工作面機巷垂直頂板，第一排眼距支架梁端300±50mm，垂直頂板迎向工作面采空區(qū)側(cè)，最后一排錨桿眼傾向工作面煤壁80°±5°的傾角。確保所有錨桿的施工質(zhì)量。共施工三排，其中錨桿間、排距誤差不超過±50mm。出架空間的中間位置打一排Φ20mm×4500mm長的錨索加強支護，隔一架打一個。出架空間幫錨支護：煤壁掛單網(wǎng)，打幫錨采用Φ20mm×2200mm高強錨桿護好煤壁，錨桿間距1.0m、排距1.0m，第一排距頂板不大于0.5m。然后在頂板壓力大易片幫處，用圓木打貼幫柱或液壓單體柱站戴帽點柱。

3.2 構(gòu)造帶處出架空間的支護

臨近斷層處，在采面出架空間的支護基礎(chǔ)上，加強11#—20#支架托煤處的支護強度，采面采用注馬麗散加固控制煤壁頂板支護。注漿材料為化學加固材料馬麗散N。注漿孔布置在采面與頂板呈15°夾角，注漿孔深3m，孔間距3m，封孔器布置在距離孔口1.5m處。單孔注漿量控制在40桶左右。通過采取注馬麗散，避免了煤壁片幫和掉頂現(xiàn)象，保證了頂板的完整。

在采面上網(wǎng)做出架空間時，1#—20#支架采用支架前梁穿棚子配合錨桿、錨索支護。采用3.5m長鋼梁一頭放在支架頂梁上并升緊支架，另一頭伸入煤壁側(cè)站3.5m單體柱。每架站二棚鋼梁支護頂板，鋼梁出架空間凈寬2.4m。

采面1#—20#支架回收時，對掩護架后空間維護，鋼梁不回收，采用打木垛上方配合二根傾向3.5m的鋼梁，托住原有鋼梁。木垛之間的空當處，配合點柱支護。將煤壁側(cè)單體柱進行回收。根據(jù)現(xiàn)場頂板破碎情況，適當調(diào)整木垛間距。老塘側(cè)打4棚傾向鋼梁棚邁步臨時支護。

3.3 雙掩護架及通風道維護

當采面設(shè)備基本回撤完畢，開始對全采面進行清理，回收液壓支架，采取從機尾往機頭回撤的方式回收支架。用雙掩護架，先抽出機尾第二架基本架，然后機尾將第1架和第3架抽出，做出架時的掩護架，并在三角區(qū)打四個木垛支護好出架空間，隨支架回撤邁步前移。每出一架及時維護好采空區(qū)及出架空間的頂板，在掩護架后煤壁側(cè)每5m打一個木垛，維護工作面順通保證通風。采空區(qū)側(cè)采用4棚鋼梁邁步前移臨時支護抽架空間的頂板。壓力大頂板破碎時應(yīng)適當加密木垛間距，確保有效支護出架空間，保證收尾期間的通風，如圖4所示。

圖4 戊9-10-22180采面收尾支護示意圖

3.4 排運大噸位支架

支架重疊為23.7t，由于支架噸位大，重心靠前，往機頭方向排運支架，支架頭重腳輕易扎底，增加了排運絞車的負荷，存在安全隱患。為此，在排架過程中，采面每隔30架處增加一道平輪抬頭滑子排運支架，有效地避免了支架架角扎底，提高了排運支架的速度，避免發(fā)生安全事故。

3.5 裝車間處支架裝車微調(diào)技術(shù)

傳統(tǒng)的支架裝車，支架排到裝車平臺后，在裝車間四個角處掛四臺手拉葫蘆，調(diào)整支架的裝車位置，費時費力。

采用新型回撤支架工藝裝車時，在裝車四個角處固定四根短單體柱代替手拉葫蘆，支架拉到平板車上后，用液壓單體柱對支架裝車位置進行微調(diào)整。相比于傳統(tǒng)裝車技術(shù)更省時、省力、操作更安全。

4 管理創(chuàng)新實踐

強化安全生產(chǎn)質(zhì)量標準化。要求施工及監(jiān)管責任人逐級驗收軌道鋪設(shè)質(zhì)量及設(shè)備完好情況，踐行“掉道就是事故”理念，源頭管控，防患未然，本次回收自始至終未出現(xiàn)一起掉道事故。

強化責任意識。對各類車輛裝車后的剎車、超高、超寬等問題，嚴格執(zhí)行區(qū)域負責，交接簽字制度，凡是不符合措施規(guī)定的裝車標準的車輛，在交接時可以拒絕提運設(shè)備，有效杜絕了剎車，裝車不合格出現(xiàn)的問題和隱患。

5 效果及經(jīng)濟分析

在支架回收期間，避免了發(fā)生頂板事故和人身傷害事故，確保了安全回收。受構(gòu)造影響終采位置的選擇，杜絕了資源的浪費。

1)合理選擇終采位置，避免造成資源浪費。工作面向前推進10m，按照每天960t產(chǎn)量，原煤生產(chǎn)創(chuàng)收400萬元。機頭推進正好位于斷層的上盤，頂板較完整，利于機頭做抹角、絞車硐室，裝車間位置條件也較好。

2)降低木料成本投入，增加最大收益。工作面通風道路維護打一排間隔5m木垛維護，可節(jié)省一排44個支護木垛，約2200根道木，及采空區(qū)圓木點柱的支護，節(jié)約圓木900根。節(jié)約木料投入成本13萬元。采用倒出架，設(shè)備走機巷外運，相比走風巷回收，運輸巷道的拉底擴修量減少。

3)減少人員投入，縮短搬家工期。采用倒回支架工藝時，機巷50m需要拉底，通過渣走機巷帶式輸送機外運，出渣方便，增大了出架空間臨時支護面積，加快了抽支架的速度，保證了出5架，裝5架的正規(guī)循環(huán)，每天抽15人，用時10d完成。采用正回支架，從片盤A點至B點巷道需擴幫拉底，出渣不便，擴修工作量大，每班抽20人，需20完成。采用倒回支架巷道擴修降低工資投入約70萬元。

4)采用雙掩護倒回撤支架方案，從具備回收條件開始共耗時20d，提前了搬家的工期10d，實現(xiàn)了工作面的安全快速高效回收。為井下大型支架的回收積累了寶貴經(jīng)驗。