王惠風(fēng)，陳殿賦

(神東煤炭集團保德煤礦，山西 忻州 036600)

0 引言

在保障作業(yè)人員、機電設(shè)備及作業(yè)環(huán)境安全的基礎(chǔ)上，縮短回撤時間，提高工作面回撤效率和工作面接續(xù)率是現(xiàn)代化高效礦井建設(shè)的重要內(nèi)容之一[1]。采用預(yù)回撤多通道技術(shù)，配合采高及層位的調(diào)整、礦壓觀測、注射高分子材料等工藝，具有工效高、工藝簡單、掛網(wǎng)效率高等特點，成功實現(xiàn)工作面高效回撤[2-6]。綜放工作面快速搬家技術(shù)與設(shè)備已經(jīng)滿足高效回撤的條件，纖維柔性網(wǎng)代替金屬網(wǎng)具有施工工藝簡便、聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量好、安全性高等特點[7]。受工作面回采動載壓力影響，兩順槽、回撤通道均出現(xiàn)頂板冒落、底鼓、片幫等劇烈的壓力顯現(xiàn)，對重點區(qū)域采取二次補強支護可以保障回撤期間作業(yè)環(huán)境安全[8]。

為了安全、快速、高效貫通回撤，總結(jié)以往工作面貫通回撤經(jīng)驗，結(jié)合保德煤礦81505綜放工作面現(xiàn)場生產(chǎn)實際，超前謀劃并采取多項技術(shù)措施，以期實現(xiàn)縮短回撤工作所需時間的目的。

1 工程概況及放煤位置的確定

1.1 工程概況

保德煤礦位于山西省保德縣，屬晉北大型煤炭基地河?xùn)|煤田的河保偏礦區(qū)，礦井絕對瓦斯涌出量為78.48 m3/min，相對瓦斯涌出量為11.08 m3/t，為高瓦斯礦井。井田內(nèi)含煤地層為下二疊統(tǒng)山西組(P1s)和上石炭統(tǒng)太原組(C3t)，可采煤層有8#、10#、11#、13#，目前開采最上部8#煤，屬于II類自燃煤層，自然發(fā)火期為105～262 d，火焰長度150 mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉量為60%，具有煤塵爆炸性。81505工作面長240 m，推進長度1 856 m，煤層厚度6.2～9.2 m，平均厚度7.6 m，煤層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，含夾矸4～5層，煤層傾角1°～6°，平均3°左右，煤的堅固性系數(shù)f為0.72，煤層走向近南北。老頂為中粗粒砂巖，厚度3.6～25.5 m，直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度6.12～11.52 m，直接底為砂質(zhì)泥巖、細粒砂巖，厚度0.6～3.99 m。工作面沿煤層傾斜布置走向推進，采用走向長壁后退式綜合機械化低位放頂煤采煤方法，全部垮落法管理頂板，采用“兩進一回偏Y”型通風(fēng)方式，設(shè)計風(fēng)量為2 600 m3/min。礦井綜放工作面采用的主要重型設(shè)備參數(shù)，見表1。

表1 綜放工作面機械設(shè)備參數(shù)

81505綜放工作面采用預(yù)掘的主、輔雙回撤通道，即在工作面回采前，已合理布置掘進主、輔回撤通道。與傳統(tǒng)的采用采煤機擴幫留設(shè)回撤空間比較，該技術(shù)具有超前布置、工序簡單、準備充分等特點，為綜放工作面快速回撤創(chuàng)造了良好的條件。

1.2 停止放煤位置的確定

放頂煤工作面由于頂煤放出后增大了采空區(qū)，為頂板的運移下沉釋放了空間，加速了頂板的破斷、裂隙增大、彎曲下沉。遇到頂板形成臺階巖梁或者短砌體梁，支架受力將會增大，伴隨而來的則是支架壓死、煤壁片幫、兩順槽出現(xiàn)底鼓、冒頂及片幫等礦壓顯現(xiàn)。為了減少或緩沖工作面壓力及回撤通道的變形量，末采段采取不放煤的措施，既有利于保障支架搬運車、鏟車等大型回撤設(shè)備所需的工作空間，又加速了工作面的推進速度。工作面末采期掛網(wǎng)的位置一般距終采線15～18 m，需要結(jié)合工作面的推進速度、工作面上覆基巖厚度變化、單個或多個關(guān)鍵層的破斷及受沖刷帶構(gòu)造等因素綜合確定工作面停止放煤位置。81505工作面周期來壓步距為21～25 m，結(jié)合保德煤礦地質(zhì)條件和工作經(jīng)驗，確定不放煤距離為2倍周期來壓步距，即工作面距主回撤通道50 m處停止放煤，且滿足掛網(wǎng)條件。

2 貫通前期準備

81505綜放工作面貫通前期準備不僅決定貫通回撤時間長短、貫通質(zhì)量好壞，而且直接影響貫通時的作業(yè)環(huán)境、人員安全、設(shè)備完好，因此貫通前期準備非常必要，且要準備可靠、有效。

2.1 采高及層位調(diào)整

工作面上、下兩順槽調(diào)齊：根據(jù)81505綜放面現(xiàn)場條件，需提前有意識的調(diào)整工作面機頭、機尾至回撤通道的距離，保證在距離回撤通道15 m時工作面上、下兩順槽至回撤通道的距離一致，確保工作面前、后部刮板輸送機及液壓支架不上竄、下滑。

工作面采高調(diào)整：技術(shù)人員提前對采煤機司機根據(jù)支架內(nèi)采高觀察鏈控制采高的具體原理和注意事項進行再培訓(xùn)，并在距離回撤通道100 m時，組織人員對支架內(nèi)采高觀察鏈重新進行調(diào)整，保證吊掛準確。采煤機司機割煤時根據(jù)支架大柱臺階所對應(yīng)的采高觀察鏈刻度值及對應(yīng)的支架架型(仰頭、勾頭)開始調(diào)整采高；在距貫通50～20 m時技術(shù)人員負責(zé)每天觀察1次回撤通道頂板下沉量和回撤通道內(nèi)的頂板支護的完好情況并做好記錄；在距貫通20 m至掛網(wǎng)前，則每班觀察2次；從掛網(wǎng)開始直至貫通采煤技術(shù)員負責(zé)每2刀觀察1次，根據(jù)回撤通道頂板下沉量指導(dǎo)煤機司機及時調(diào)整工作面采高，直到貫通結(jié)束，保證工作面頂板與回撤通道頂板持平或稍高于通道頂板但必須小于200 mm。

工作面層位調(diào)整：管理人員隨時掌握工作面現(xiàn)有層位狀況及每班的推進度，在距離主回撤通道臨近50 m時，由地質(zhì)測量專業(yè)人員詳細測量工作面層位狀況，并繪制工作面層位素描圖。每天由技術(shù)人員每6架(10.5 m)標記一點，將每一點層位情況做成卡片掛于對應(yīng)支架上，便于末采時及時調(diào)整。工作面現(xiàn)場帶班隊長和班長必須參考標記層位和現(xiàn)場層位狀況及時調(diào)整每刀層位，確保掛網(wǎng)貫通前工作面層位和回撤通道層位一致。

2.2 礦壓觀測

工作面距主回撤通道小于等于200 m時，技術(shù)人員每間隔10架液壓支架進行標記，以備記錄工作面壓力數(shù)據(jù)，以PM 32顯示數(shù)據(jù)為準，要求現(xiàn)場跟班隊干每循環(huán)超前采煤機前滾筒10架依次記錄PM 32顯示的壓力數(shù)值。一是班后及時分析生產(chǎn)過程中工作面的壓力狀況，并把壓力數(shù)值上傳到礦壓數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，根據(jù)礦壓曲面圖得出工作面周期來壓步距；二是結(jié)合實際觀測數(shù)據(jù)，對工作面頂板壓力分析研究，確定工作面周期來壓步距；三是綜合兩者分析結(jié)果，根據(jù)工作面現(xiàn)場礦壓狀況，最終確定工作面周期來壓步距。并及時對壓力持續(xù)距離及來壓強度等進行研究分析，預(yù)測貫通前的來壓時間、來壓強度和位置，必要時通過調(diào)整推進速度避開貫通時周期來壓。

2.3 設(shè)備檢修及材料準備

設(shè)備檢查：各檢修組對所有設(shè)備進行全面仔細的檢查，查出的問題及時處理，可能損壞的配件準備到位。掛網(wǎng)前必須保證所有支架都達到初撐力，確保頂板完整。

支護班工作準備：掛網(wǎng)前由支護班將4臺錨索鉆機、錨桿、錨索、樹脂、鉆桿等材料運送至工作面，并碼放整齊。必須提前在工作面中部將4臺錨索鉆機及2臺張拉泵準備好安設(shè)完好，并接好管路，另備用2臺。

綜采隊工作準備：掛網(wǎng)前綜采隊將柔性網(wǎng)、14#聯(lián)網(wǎng)鐵絲、卡箍、手動絞盤、撩網(wǎng)滑輪、手動葫蘆等器具材料根據(jù)需求用量運送到位，并按照施工工序分類碼放整齊。根據(jù)一臺支架需一個手動絞盤、卡箍及定滑輪，將卡箍及手動絞盤安裝在液壓支架的立柱上，定滑輪安裝在液壓支架的起重環(huán)上，且保證定滑輪的方向與手動絞盤方向一致。連接繩索的絞盤和滑輪，其鎖扣按要求將繩索從絞盤引向網(wǎng)區(qū)，其中絞盤和滑輪至少有5套備用。

注意事項：工作面推至距主回撤通道正幫15 m時，嚴格執(zhí)行跟機拉架，必須將支架護幫板打出并緊貼煤壁，指定專人巡查，如發(fā)現(xiàn)護幫板出現(xiàn)滯泄現(xiàn)象，立即進行補液。由專人負責(zé)處理工作面煤壁片幫、頂板磷皮，確保無安全隱患后進行掛第1茬網(wǎng)。

3 纖維柔性網(wǎng)鋪網(wǎng)施工工藝

工作面距離主回撤通道15 m時開始掛網(wǎng)，使用纖維柔性網(wǎng)具有聯(lián)網(wǎng)工序比較簡單、工作量較小、聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量較好、安全系數(shù)高等優(yōu)點，避免了因煤壁片幫及頂板浮矸造成的傷人事故，提高了聯(lián)網(wǎng)效率，增加了末采期的推進度，縮短了作業(yè)循環(huán)周期。

3.1 掛網(wǎng)施工步驟及鋪網(wǎng)割煤工藝

掛網(wǎng)施工步驟：安裝施工時共分4大步驟：①柔性網(wǎng)片進入現(xiàn)場后展開，根據(jù)頂板情況確認是否吊掛鋼絲繩；②吊起柔性網(wǎng)片后割煤進刀；③割煤進刀后，放網(wǎng)，然后按順序移架，再吊起柔性網(wǎng)；④柔性網(wǎng)片鋪設(shè)完成，連網(wǎng)及錨索固定，然后開始回撤。

鋪網(wǎng)割煤工藝：鋪網(wǎng)割煤工藝示意如圖1所示。采煤機準備割煤前，轉(zhuǎn)動手動絞盤拉緊鋼絲繩將柔性網(wǎng)拉起，采煤機開始割煤；采煤機割煤完成后，松開手動絞盤緩慢將柔性網(wǎng)放下，然后跟機拉架，拉架完成后，再次轉(zhuǎn)動手動絞盤將柔性網(wǎng)拉起，采煤機返機清浮煤。

3.2 纖維柔性網(wǎng)鋪網(wǎng)施工工藝

工作面頂板基本完好時，使用支架前梁配合聯(lián)網(wǎng)，具體施工工藝如下。

鋪設(shè)前準備：在準備鋪第1茬網(wǎng)前，最后一刀煤由煤機司機負責(zé)調(diào)高采煤機后滾筒的位置，只割頂煤、不割底煤，使工作面煤壁留出平整的、截深足夠的臺階，形成便于搭設(shè)打眼的工作臺，不拉支架；處理完工作面煤壁片幫、頂板磷皮后，拉空前、后部刮板運輸機，閉鎖工作面三機。

網(wǎng)片拖動：把采煤機停放在機頭位置，使用前部刮板運輸機配合采煤機向機頭位置拖動網(wǎng)片，直到把全部網(wǎng)片拖到工作面。

圖1 鋪網(wǎng)割煤工藝示意

剪斷繩索：各組將外面捆住網(wǎng)片的繩索剪斷，放開折疊部分，使網(wǎng)片留4 m長露在外面，便于安裝。

鉤鎖鋼絲繩：將支架絞盤鋼絲繩從柔性網(wǎng)下方穿過，并用自鎖鉤頭鎖住柔性網(wǎng)第1道鋼絲繩。

挑網(wǎng)及打錨桿：從工作面中部開始，分2組向兩頭隔架降架挑網(wǎng)。打錨桿與挑網(wǎng)同步進行，對網(wǎng)片進行固定，逐架作業(yè)；如遇頂板破碎，必須打錨索固定網(wǎng)片。

支護要求：每兩架使用φ16 mm×1 800 mm金屬錨桿在支架架縫處打一個眼，距頂梁前梁端100～200 mm。

柔性網(wǎng)鋪設(shè)：前期工作完成后，收回支架護幫板，逐架轉(zhuǎn)動手動絞盤將柔性網(wǎng)吊掛在液壓支架前梁下方并咬緊，開始正常割煤。割煤長度在一個采煤機機身長度時，開始將柔性網(wǎng)放下，逐次緩慢勻速降架、拉架、升架，防止液壓支架與柔性網(wǎng)之間出現(xiàn)刮卡、損壞網(wǎng)片現(xiàn)象。以此類推將整個工作面柔性網(wǎng)鋪至頂板。

4 頂板控制技術(shù)

隨著工作面的推進，超前支撐壓力對回撤通道和兩順槽空頂區(qū)域較大處的圍巖影響逐漸增大，表現(xiàn)為工作面頂板破碎范圍大、煤壁片幫嚴重，主回撤通道頂板冒頂、兩幫片幫、底板鼓起等礦壓顯現(xiàn)特征，巷道抹角空頂區(qū)域較大處頂板冒落、錨桿失效、錨索退鎖具等現(xiàn)象，嚴重制約了回撤工作速度[9-10]。因此，為保持頂板壓力穩(wěn)定、減少巷道變形量，在工作面末采期間實施提高支架工作阻力、注入高分子材料、強化補強支護工藝等技術(shù)措施是必要的。

4.1 提高支架工作阻力

當(dāng)工作面基巖厚度、松散層厚度等地質(zhì)條件固定時，提高支架工作阻力可有效控制工作面頂板壓力，增強支護強度，可有效降低頂板下沉量，避免支架被壓垮、壓死等現(xiàn)象。81505綜放工作面采用ZFY12500/25/39D型兩柱放頂煤液壓支架，其額定工作阻力為12 500 kN，支護強度為1.21 MPa。81505綜放工作面回采過程中，來壓時最大動載系數(shù)為1.15，工作阻力約為14 500 kN，安全閥開啟明顯且持續(xù)時間較長。為了有效控制81505綜放工作面頂板，防止漏頂、片幫等現(xiàn)象，將液壓支架安全閥開啟壓力由12 500 kN提高到15 000 kN，液壓支架強度由1.21 MPa提高到1.45 MPa，有效減少了頂板下沉量，在終采線位置液壓支架開啟率為4.3%，且未發(fā)生支架被壓垮、壓死現(xiàn)象。

4.2 注入高分子材料

馬麗散：馬麗散是一種低粘度，由樹脂和催化劑雙組分合成的高分子——聚亞胺膠脂材料，通過專用設(shè)備和混合槍注入到松散或破碎的煤巖體裂隙中，沿煤巖層裂縫延展直到將所有裂隙進行充填，混合后能迅速反應(yīng)，生成高強度、高韌性的固結(jié)體，把原來松散的、破碎的、不連續(xù)的煤巖體圍巖膠結(jié)成連續(xù)的、完整的受力體。

注入方式：81505綜放工作面距離主回撤通道50 m時開始注入馬麗散高分子材料。為了保證工作面頂板和煤體充分加固，共設(shè)計兩組不同角度鉆孔，鉆孔交錯布置，間距3 m，鉆孔長8 m。第1組鉆孔距底板1.5 m，鉆孔與工作面頂板呈15°仰角，加固工作面采高范圍內(nèi)煤體；第2組鉆孔距頂板1.5 m，與工作面頂板呈45°，終孔距頂板4.2 m，加固頂煤和直接頂，預(yù)注馬麗散鉆孔設(shè)計參數(shù)見表2。81505主回撤通道長240 m，共計施工高分子材料鉆孔58個，每兩個孔預(yù)計注射高分子材料1.4 t，總計41.3 t；工作面貫通預(yù)注高分子材料施工設(shè)計如圖2所示。

表2 鉆孔設(shè)計參數(shù)

圖2 工作面貫通預(yù)注高分子材料施工設(shè)計

4.3 補強支護

補強支護的必要性：工作面兩順槽受回采動載壓力影響均出現(xiàn)了不同程度的頂板冒落、底板鼓起、煤壁片幫等壓力顯現(xiàn)；主回撤通道內(nèi)巷道支護錨索出現(xiàn)拉斷、鎖具回縮等造成巷道支護失效等現(xiàn)狀，為作業(yè)人員的作業(yè)環(huán)境帶來極大的安全隱患，且嚴重制約了工作面安全高效貫通。

補強支護的方式：在判定原巷道錨索最大的懸吊力小于回采期間采空區(qū)頂板斷裂對巷道的沖擊力，根據(jù)GB/T 5244—2014標準，現(xiàn)選用更大直徑的φ28.6 mm×8 000 mm錨索替代φ21.6 mm×8 000 mm錨索，即錨索采用1排2根與1排3根交替呈“五花”布置，排距為1 m，間距分別為1 500 mm和2 200 mm，巷道具體支護形式如圖3所示，兩種型號錨索主要參數(shù)對比見表3；主回撤通道錨索采用1排4根，錨桿1排5根，呈交替布置，排距1 m，主回撤通道支護斷面如圖4所示。解決了壓力顯現(xiàn)劇烈的難題，保證了回撤過程中安全高效的作業(yè)環(huán)境。

表3 錨索參數(shù)對比

圖3 回采工作面巷道支護斷面

圖4 工作面主回撤通道支護斷面

5 結(jié)論

(1)利用預(yù)回撤多通道技術(shù)，確定合理的停止放煤位置，做好貫通前期準備，使用纖維柔性網(wǎng)替代金屬網(wǎng)，實施頂板控制技術(shù)等手段，實現(xiàn)了81505綜放工作面安全高效貫通回撤，回撤時間僅需15 d。

(2)通過實施采高及層位調(diào)整、礦壓觀測與設(shè)備檢修及材料準備等貫通前期準備，提高了工作面的工程質(zhì)量及設(shè)備開機率，優(yōu)化了推進速度，保障了材料供給充足、到位，為工作面快速貫通回撤創(chuàng)造了優(yōu)越條件。

(3)采用纖維柔性網(wǎng)鋪網(wǎng)施工工藝，工序簡單、操作方便、聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，作業(yè)人員減少50%，并且大幅度降低了作業(yè)人員的勞動強度，提高了作業(yè)人員的安全保障性。

(4)針對隨著回采的推進，支撐壓力對回撤通道的影響逐漸增大的現(xiàn)狀，實時采取提高支架工作阻力、注入高分子材料、有效實施補強支護等技術(shù)手段，有效縮減了煤壁片幫、頂板破碎的范圍，減少了回撤通道及兩順槽巷道的變形量，不僅改善了作業(yè)環(huán)境、保障了作業(yè)人員的安全，而且增大了回撤空間，提高了回撤效率。