張文鵬

（晉能控股集團(tuán)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(guān)系到綜采設(shè)備搬遷進(jìn)度、施工費(fèi)用與新工作面生產(chǎn)準(zhǔn)備工作等方面[1]。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)大量學(xué)者及工程技術(shù)人員對(duì)綜采工作面末采施工技術(shù)進(jìn)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(xiàn)規(guī)律，提出主動(dòng)與被動(dòng)支護(hù)結(jié)合的對(duì)策；高登云[5]認(rèn)為工作面頂板懸頂距過(guò)長(zhǎng)、掛網(wǎng)位置不合理、掛網(wǎng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、支架支護(hù)性能差是導(dǎo)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(qū)末采階段和支架回撤階段礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，提出末采等壓的頂板控制技術(shù)。

寺河礦5310 工作面末采階段采用沿底推進(jìn)末采工藝，末采結(jié)束停機(jī)后，因頂板留有煤頂，撤架通道高度達(dá)到5 m，導(dǎo)致在后續(xù)的支架回撤工作中，頂板支護(hù)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(jìn)展不順利，且造成回撤用木垛板梁數(shù)量增多，整個(gè)支架回撤工程消耗板梁30147根，超出預(yù)期效果。

通過(guò)吸取5310 工作面末采施工及撤架通道經(jīng)驗(yàn)，在W3308 工作面末采過(guò)程中，首次使用沿頂板推進(jìn)工藝進(jìn)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(zhǎng)度為256 m，走向長(zhǎng)度為1 038.5 m，煤層平均厚度為5.9 m，工作面布置150 個(gè)支架。工作面停采線區(qū)域處于馬莊背斜、正斷層FW3308-2 影響范圍內(nèi)，40-60 號(hào)架處于向斜軸部，頂板破碎、煤體疏軟；130-140 號(hào)架受正斷層影響頂板破碎。受構(gòu)造影響，W3308 工作面部分區(qū)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(yùn)巷斷面成形情況。由圖可知距停采線100 m 處的W3308 輔運(yùn)巷存在幾處高冒區(qū)，對(duì)應(yīng)66-71 號(hào)架范圍、87-113 號(hào)架范圍頂板跨度達(dá)到6～6.5 m，都處于馬莊背斜軸部附近（馬莊背斜貫通整個(gè)采面），同時(shí)工作面58-70 號(hào)架存在頂板破碎、片幫大等現(xiàn)象。由此推斷分析知，工作面推進(jìn)至停采線時(shí)，馬莊背斜軸部區(qū)域煤體、頂板較大可能處于破碎狀態(tài)。

圖1 W3308 工作面輔運(yùn)巷巷道高冒統(tǒng)計(jì)

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(jī)頭至122 號(hào)架坡度較為平緩，約1°～2°，122 號(hào)架至機(jī)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(jìn)，抬底高度控制1 m 左右時(shí)，工作面底板坡度如圖3 所示：機(jī)頭側(cè)由巷道向工作面內(nèi)延伸20 架左右，坡度增大至約4°，20 號(hào)架至斷層區(qū)域坡度不受影響，但斷層至機(jī)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(guò)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(qū)域頂板破碎煤頂留不住。通過(guò)預(yù)測(cè)工作面停采線處剖面情況，并結(jié)合W3308 輔運(yùn)巷的成形情況進(jìn)行分析，為了保證末采上網(wǎng)時(shí)，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(jìn)的方式降低工作面采高進(jìn)行末采。

2 施工工藝

2.1 末采推進(jìn)

工作面距停采線50 m 時(shí)，機(jī)頭至機(jī)尾方向開(kāi)始平緩過(guò)渡，逐漸上抬煤層底板，通過(guò)留底煤的方式降低工作面采高，沿煤層頂板向前推進(jìn)，工作面機(jī)頭機(jī)尾沿兩側(cè)順槽底板推進(jìn)，回采過(guò)程中將工作面頂?shù)装迮c兩順槽頂?shù)装迤骄忂^(guò)渡。

距停采線50 m 時(shí)，逐步調(diào)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(shí)必須保證工作面機(jī)頭、機(jī)尾到停采線距離一致（由地測(cè)管理部測(cè)量指導(dǎo)），將工作面與停采線調(diào)平、調(diào)齊。

距停采線30 m 時(shí)，工作面采高降至5 m 左右，上網(wǎng)前采高降至4.7 m 左右，并保證工作面頂?shù)装寮肮ぷ髅媾c兩側(cè)順槽頂?shù)装迤骄忂^(guò)渡。

表1 為采取不同末采工藝的用時(shí)與費(fèi)用情況，由表可知，沿頂末采工藝在施工進(jìn)度與工程費(fèi)用方面具有很大優(yōu)勢(shì)。

表1 末采工藝對(duì)比情況表

2.2 撤架通道施工工藝

W3308 工作面撤架通道凈長(zhǎng)256 m,設(shè)計(jì)斷面寬4 m×4.5 m 高（支架底座至煤壁線不小于6.5 m），預(yù)計(jì)采煤機(jī)割煤5 刀。頂板采用末采柔性網(wǎng)（柔性網(wǎng)不足時(shí)經(jīng)緯網(wǎng)補(bǔ)聯(lián)）加錨索支護(hù)，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(wǎng)加錨索支護(hù)，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(bǔ)打同型號(hào)錨索1 根進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，工作面6 月19 日開(kāi)始掛網(wǎng)、打錨桿，6 月22 日末采結(jié)束開(kāi)始施工鎖口錨索，推進(jìn)13.5 m。撤架通道割煤4刀，推進(jìn)4 m。7 月6 日早班施工結(jié)束，累計(jì)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(jīng)緯網(wǎng)及金屬網(wǎng)304 片。施工15 d，出勤1 125 人。表2 為撤架通道施工工藝對(duì)比情況表。

表2 撤架通道施工工藝對(duì)比情況表

通過(guò)新舊主撤通道施工的綜合對(duì)比，使用臨時(shí)施工撤架通道新工藝，施工一個(gè)300 m 的撤架通道，比提前預(yù)約主撤通道工藝可節(jié)省資金共703.4 萬(wàn)元。

2.3 撤架工藝

W3308 工作面支架回撤工作中，使用雙掩護(hù)架工藝進(jìn)行支架回撤，每撤1 架打設(shè)2 個(gè)木垛或聯(lián)鎖木垛，通過(guò)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管控，在能保證頂板支護(hù)達(dá)標(biāo)的情況下，盡量的打設(shè)單木垛進(jìn)行支護(hù)，以減少板梁的消耗。表3 為新舊撤架通道施工工藝對(duì)比情況表。

表3 新舊撤架通道施工工藝對(duì)比情況表

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

5310 工作面在末采過(guò)程中采用沿底推進(jìn)末采工藝，末采結(jié)束停機(jī)后，因頂板留有煤頂，撤架通道高度達(dá)到5 m，導(dǎo)致在后續(xù)的支架回撤工作中，頂板支護(hù)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(jìn)展不順利，且造成回撤用木垛板梁數(shù)量增多，整個(gè)支架回撤工程消耗板梁30 147根，超出預(yù)期效果。

通過(guò)吸取5310 工作面末采施工及撤架通道經(jīng)驗(yàn)，在W3308 工作面末采過(guò)程中，首次使用沿頂板推進(jìn)工藝進(jìn)行末采，從后期效果來(lái)看，無(wú)論是對(duì)工作面末采工作、撤架通道成型以及后續(xù)的支架回撤工作，都有很大的進(jìn)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(jìn)主撤通道時(shí)大量的無(wú)效進(jìn)尺。

W3308 工作面支架回撤工作中，使用雙掩護(hù)架工藝進(jìn)行支架回撤，每撤1 架打設(shè)2 個(gè)木垛或聯(lián)鎖木垛，通過(guò)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管控，在能保證頂板支護(hù)達(dá)標(biāo)的情況下，盡量的打設(shè)單木垛進(jìn)行支護(hù)，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(dāng)，整個(gè)撤架通道均在4.0～4.5 m 以下，使整個(gè)回撤工程的安全作業(yè)環(huán)境及工作效率大大提升，也使回撤作業(yè)中木垛及板梁的消耗使用量銳減。

與5310 工作面相對(duì)比，5310 工作面6 月1 日早班開(kāi)始支架回撤工作，于6 月19 日午班回撤結(jié)束，用時(shí)20 d，共計(jì)回撤支架172 個(gè)，打木垛588 個(gè)，使用板梁30 147 根，共計(jì)板梁費(fèi)用361.76 萬(wàn)元。其中：每架消耗板梁174 根，日均回撤支架8.6 個(gè)。W3308 工作面8 月3 日午班開(kāi)始支架回撤工作，至8 月16 日中班結(jié)束，歷時(shí)14 d，共計(jì)回撤支架150個(gè)，打木垛380 個(gè)，使用板梁18 640 根，比5310 工作面節(jié)省使用板梁11 507 根，節(jié)省板梁費(fèi)用138.1 萬(wàn)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(gè)，比5310 日均回撤多2.1 個(gè)；最大日回撤支架數(shù)19 架，比5310 最大日回撤支架數(shù)多3 架。

3 存在問(wèn)題及解決措施

1）使用沿頂板推進(jìn)末采工藝，在工作面末采過(guò)程中，需留設(shè)底煤逐步提升工作面底板高度達(dá)到停機(jī)要求，在末采過(guò)程中機(jī)頭、尾與工作面底板容易形成較大臺(tái)階，對(duì)工作面機(jī)頭、尾平緩過(guò)渡有很大要求。

解決措施：順槽巷道在掘進(jìn)過(guò)程中就采用沿頂掘進(jìn)工藝，可有效避免末采及撤架通道施工期間，機(jī)頭、尾與工作面底板出現(xiàn)較大臺(tái)階情況。

2）撤架通道施工結(jié)束后，因底板留有較厚底煤，需在工作面采煤機(jī)及刮板機(jī)回撤結(jié)束后，預(yù)留工期專門針對(duì)主撤通道底板進(jìn)行硬化，方能滿足支架回撤需要。

解決措施：合理安排生產(chǎn)銜接，在通道施工結(jié)束后第一時(shí)間對(duì)通道內(nèi)底煤進(jìn)行清理。另一方面，通過(guò)試驗(yàn)使用履帶式攪拌機(jī)與膠輪車攪拌機(jī)，可有效提高硬化工程的工作效率。

3）在支架回撤過(guò)程中，頂板多處出現(xiàn)末采網(wǎng)破洞漏矸情況，影響比較厲害的出現(xiàn)在回撤110、88、44-34 號(hào)支架時(shí)，網(wǎng)的破口較大、漏矸較多，清理與維護(hù)困難加大，同時(shí)也導(dǎo)致拖支架與拉掩護(hù)架的困難增大，極大的影響了回撤進(jìn)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(dá)到合格值25.2 MPa 即可，支架工在操作支架升架過(guò)程中，支架與末采網(wǎng)接觸平實(shí)即可，不過(guò)度升架擠壓末采網(wǎng)，且支架頂梁應(yīng)與頂板保持水平，不出現(xiàn)傾角及支架錯(cuò)差，避免支架對(duì)末采網(wǎng)造成剪切力而破壞末采網(wǎng)；②支架工在移架過(guò)程中，要充分將支架降下足夠空間再進(jìn)行支架推拉，不得在與末采網(wǎng)和頂板同時(shí)接觸的情況下推拉支架，使末采網(wǎng)受搓揉、擠壓等造成破損；③合理安排末采網(wǎng)到礦時(shí)間，根據(jù)生產(chǎn)情況提前10～15 d 到礦。避免末采網(wǎng)在地面及井下長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，而造成末采網(wǎng)受腐蝕、氧化等情況。

4）其他預(yù)想性措施。通過(guò)分析研究，支架回撤過(guò)程中，頂部柔性網(wǎng)易出現(xiàn)問(wèn)題位置（同時(shí)也是撤架過(guò)程頂板控制關(guān)鍵位置）為距撤架通道煤壁4～6 m 范圍，可在區(qū)域選用更高強(qiáng)度末采柔性網(wǎng)，或在末采過(guò)程中距離停采線2 m 范圍，留設(shè)200～300 mm 厚頂煤，在支架回撤過(guò)程中起到對(duì)末采網(wǎng)的保護(hù)作用。

4 結(jié) 論

1）使用沿頂板推進(jìn)末采工藝，較以往預(yù)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(zhì)構(gòu)造區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，包括打錨桿、上網(wǎng)時(shí)間在內(nèi)，整個(gè)末采時(shí)間不超過(guò)3 d。

2）通過(guò)沿頂推進(jìn)進(jìn)行末采施工，工作面頂板控制有利，在末采過(guò)程中，頂板平整，支架接頂支撐有效，基本不會(huì)出現(xiàn)片幫、冒頂情況而導(dǎo)致事故而影響末采進(jìn)度。

3）通過(guò)沿頂推進(jìn)末采工藝對(duì)頂板的有效管理與控制，工作面末采安全環(huán)境有很大的保障，在W3308工作面末采過(guò)程中，未進(jìn)行任何化學(xué)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(jìn)進(jìn)行末采，撤架通道在施工過(guò)程中，具備使用采煤機(jī)施工撤架通道的要求，安全高效。避免因頂板留煤導(dǎo)致頂板破碎、煤體下沉形成網(wǎng)包，壓力始終緊跟掩護(hù)架等情況，而被迫使用機(jī)掘甚至人工形式進(jìn)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(gè)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(huán)境得到很大保障，同時(shí)減少撤架用板梁等生產(chǎn)成本消耗。