高 誠

(霍州煤電集團 辛置煤礦， 山西 霍州 031400)

目前，我國礦井綜采工作面搬家普遍采用采煤機自掘回撤空間的方法，在工作面停采線附近，最后幾刀煤通過采煤機與運輸機整體實現(xiàn)正常截割，而液壓支架保持不動，以形成足夠的設(shè)備調(diào)向及回撤空間，然后及時進(jìn)行頂板支護。井下綜采工作面推進(jìn)速度快，采掘接替壓力大，工作面搬家倒面頻繁，支架因架型體積大、噸位重，傳統(tǒng)回撤通道支護工藝下，搬家倒面時間約35 d，搬家倒面工程費高、時間長，安全問題突出。為了加快采煤工作面安全快速回撤，解決回撤通道大斷面支護、工作面設(shè)備回撤安全等問題，有效控制圍巖變形，對辛置煤礦2-210工作面回撤通道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

1 工作面概況

霍州煤電集團有限公司辛置煤礦2-210工作面位于310水平二采區(qū)，北部為二采區(qū)系統(tǒng)巷道，東部為2-208工作面采空區(qū)，西部為2-206工作面采空區(qū)，南部為310水平二采區(qū)右翼皮帶巷；工作面地面標(biāo)高+688～+739 m，工作面標(biāo)高為+280～+317 m，所采煤層為2#煤層，厚度3.3～3.9 m，平均為3.8 m，直接頂為0～7.5 m厚的砂泥巖，基本頂為6～8 m厚的K8中細(xì)砂巖，煤層底板為4～6.5 m厚的泥巖，基本底為4～7.8 m厚的中砂巖。

工作面走向長度為290 m，傾斜長度為105 m，循環(huán)進(jìn)度0.8 m，工作面最大仰采角度為3°，回采面積為30 450 m2，期間安裝ZY9000/24/45型雙柱掩護式液壓支架60架，支架初撐力7 913 kN，工作阻力9 000 kN，支架中心距為1.75 m，支護強度1.06 MPa,底板比壓2.5 MPa，采用全部垮落法處理采空區(qū)。

2 回撤通道設(shè)計

根據(jù)《采礦工程設(shè)計手冊》及工作面停采位置距大巷留設(shè)的保護煤柱為50～100 m，由現(xiàn)場推進(jìn)情況，設(shè)計停采位置距大巷留設(shè)的保護煤柱為80 m，見圖1.

圖1 2-210綜采工作面停采位置示意圖

2.1 回撤通道高度設(shè)計

回撤通道最重要的是支架回撤高度設(shè)定，回撤通道高度不夠，末采結(jié)束后支架等大型設(shè)備無法順利回撤，根據(jù)頂板壓力情況，必要時需進(jìn)行起底作業(yè)?？紤]支架最小高度、軌道距底板高度、平板車高度、運輸安全間隙、頂板下沉等因素，回撤通道高度計算如下：

H=h1+h2+h3+h4

式中：

H—回撤通道高度，m；

h1—液壓支架運輸基面高度，m，取0.55(軌道距底板高度0.25 m，平板車高度0.3 m)；

h2—支架收縮后最小高度，m，取2.6；

h3—支架運輸安全間隙，m，取0.2；

h4—預(yù)計頂板下沉量，m，取0.05.

計算得，H=3.4 m. 由計算得知，撤架通道的高度不應(yīng)低于3.4 m. 由于撤架通道頂板采用“錨桿+錨索支護”(考慮錨索外露0.3 m)的方式，所以最終確定采高不低于3.7 m.

2.2 回撤通道寬度設(shè)計

設(shè)計回撤通道寬度時，考慮回撤通道撤架時支架轉(zhuǎn)向所需最小寬度及支架最大寬度。

計算回撤通道寬度方法如下：

LA=L支架-L1-L2

式中：

LA—支架撤出無法轉(zhuǎn)彎距離，m；

L支架—正常采高情況下支架前梁至支架尾梁末端距離，m，取6.8；

L1—支架前梁至支架底座距離，m，取2.5；

L2—支架底座前端至支架立柱前端距離，m，取0.6.

計算得，LA=3.7 m.

式中：

LB—支架轉(zhuǎn)彎斜邊最大跨度，m；

L寬—支架寬度，m，取1.75.

帶入公式,得LB=7.02 m.

B=LB-L支架+LA+L間隙

式中：

B—回撤通道設(shè)計寬度，m；

L間隙—支架轉(zhuǎn)彎至煤壁最小間隙，m，取0.25(幫錨桿外露5 cm，支架前梁最大轉(zhuǎn)角距煤壁留設(shè)20 cm間隙).

帶入公式得，B=4.17 m.

故回撤通道設(shè)計寬度不低于4.17 m. 因工作面每刀循環(huán)進(jìn)度0.8 m，共計5個循環(huán)才能滿足要求，最后一排頂錨桿距幫0.2 m，最終確定通道為4.2 m.

2.3 末采鋪網(wǎng)至停采線間距離

從支架上開始鋪設(shè)第一道菱形網(wǎng)算起，回采工作面進(jìn)入末采階段。因此，合理確定初次鋪設(shè)菱形網(wǎng)的位置及支護距離，可以減少工作面支護材料消耗、降低勞動強度。計算公式如下：

Lk=L1+L2+L3+L4+D

式中:

Lk—菱形網(wǎng)沿工作面推進(jìn)方向的鋪設(shè)寬度；

L1—設(shè)計回撤通道寬度，m，取4.2；

L2—液壓支架頂梁的長度，m，取4.2；

L3—液壓支架掩護梁的長度，m，取2.9；

L4—掩護梁梁尾距底板的高度，m，取1.7；

D—采空區(qū)矸石埋壓網(wǎng)頭的長度，m，取2.4.

將數(shù)據(jù)代入公式計算得，Lk=15.4 m. 故末采鋪網(wǎng)至停采線間距離為15.4 m.

該礦菱形網(wǎng)規(guī)格采用10 m×1 m，長邊搭接10 cm，按末采鋪網(wǎng)至停采線間距離15.4 m計算，共鋪頂網(wǎng)18道，按采高不低于3.7 m計算，鋪幫網(wǎng)4道，滿足頂幫支護要求。

2.4 鋪設(shè)鋼絲繩數(shù)量

確定合理的鋼絲繩趟數(shù)，可以降低工人的勞動強度，減少材料的浪費。一般要求，回撤通道和支架前梁、頂梁、掩護梁及尾梁的上方必須鋪設(shè)鋼絲繩。計算如下：

LS=L2+L3+L4

式中:

LS—鋪設(shè)收條鋼絲繩距停采線的距離，m.

計算得，LS=8.8 m.

鋪設(shè)收條鋼絲繩距停采線的距離已經(jīng)確定，所以，根據(jù)剩余的距離等參數(shù)可以確定鋪設(shè)鋼絲繩的趟數(shù)，鋪設(shè)鋼絲繩的繩間距選定為0.4 m，設(shè)計選用23趟鋼絲繩。

2.5 錨桿、錨索選型

根據(jù)《采礦工程設(shè)計手冊》頂板支護選型計算公式進(jìn)行計算，該礦選用錨桿d22 mm×2 400 mm，錨索d21.6 mm×8 500 mm，滿足頂幫支護要求。經(jīng)計算，錨桿間排距≤2 281 mm可滿足要求，回撤通道錨索排間距選取800 mm×2 400 mm，落山側(cè)錨索排間距選取1 600 mm×1 750 mm，頂錨桿間距為1 600 mm，排距取800 mm，錨索間排距<2.63 m可滿足要求。遇斷層或頂板破碎區(qū)段時，縮小錨桿、錨索支護排、間距1 000 mm×800 mm并鋪雙層菱形金屬網(wǎng)。若發(fā)現(xiàn)頂板出現(xiàn)裂隙時，應(yīng)及時對頂板進(jìn)行注漿加固，確保巷道頂板穩(wěn)定。

3 回撤通道末采施工設(shè)計

根據(jù)綜采工作面回撤通道設(shè)計，嚴(yán)格按照設(shè)計計算依據(jù)，合理優(yōu)化工作面末采支護方案，明確各工序之間的操作流程，進(jìn)一步規(guī)范現(xiàn)場操作的實施，即工作面采高必須保證在3.7 m以上，在距停采線前15.4 m處工作面開始鋪網(wǎng)，共鋪18道頂網(wǎng)，鋪設(shè)23道鋼絲繩，鋪設(shè)4道幫網(wǎng)，施工頂錨桿8排，頂錨索8排，幫錨桿4排。前13個循環(huán)頂網(wǎng)采用雙層菱形金屬網(wǎng)(規(guī)格1.0 m×10 m2,網(wǎng)格4 cm×4 cm)，從第14個循環(huán)頂網(wǎng)鋪設(shè)單層金屬網(wǎng)。鋪設(shè)第一道金屬網(wǎng)采用對折方式連接在鋼絲繩上，自第4個循環(huán)網(wǎng)開始上繩，第一道為d26 mm的鋼絲繩，第二道為d22 mm的鋼絲繩，依次往后交錯布置，以后每隔400 mm掛聯(lián)一道鋼絲繩，共鋪設(shè)23道繩，幫網(wǎng)采用1.0 m×10 m2的金屬網(wǎng)(網(wǎng)格8 cm×10 cm)，鋪設(shè)單層，共4道幫網(wǎng)；工作面距停采線剩余9 m時(第8個循環(huán)時)，距支架前梁第8根鋼絲繩0.4 m處施工第一排d21.6 mm×8 500 mm的頂錨索，間距1 750 mm，距第一排錨索0.8 m處施工一排錨索，排、間距1 600 mm×1 750 mm，布置3排，在距第一排錨索0.8 m處施工d22×2 400 mm的左旋錨桿，錨桿排、間距1 600 mm×800 mm并配合3.2 m長鋼筋托梁支護，共布置3排；工作面距停采線剩余4.2 m時，距支架頂梁0.8 m處打第一排頂錨桿，共施工5排頂錨桿，頂錨桿采用d22 mm×2 400 mm的左旋錨桿，錨桿排、間距800 mm×800 mm并配合3.2 m長鋼筋托梁支護，頂錨桿順工作面排與排交錯布置；在距支架頂梁前端0.4 m處布置第一排錨索，工作面共布置4排d21.6 mm×8 500 mm的頂錨索，第一排錨索排、間距800×1 750 mm；其余錨索排、間距800 mm×2 400 mm，副巷三角區(qū)提前打錨索維護到位；停采后煤壁距頂板0.3 m處施工4排幫錨桿，幫錨桿采用d22 mm×2 400 mm的左旋錨桿，錨桿排、間距1 000 mm×800 mm并配合3.2 m鋼筋托梁進(jìn)行支護。其頂幫錨桿錨固力不得小于190 kN，扭矩不得小于300 N·m，錨索錨固力不小于300 kN，預(yù)緊力不小于240 kN. 回撤通道設(shè)計圖見圖2.

圖2 2-210綜采工作面回撤通道設(shè)計圖

4 末采循環(huán)施工工藝

1) 距停采位置(15.4 m)第19個循環(huán)：割煤→安全檢查(含敲幫問頂、臨時支護)→掛連鋼絲繩→掛連網(wǎng)→固定網(wǎng)頭和繩頭→拉架移溜→安全檢查(含敲幫問頂)→清煤

2) 距停采位置第18—17個循環(huán)：割煤→安全檢查(含敲幫問頂、臨時支護)→掛連網(wǎng)→固定網(wǎng)頭→拉架移溜→安全檢查(含敲幫問頂)→清煤

3) 距停采位置第16—12個循環(huán)：割煤→安全檢查(含敲幫問頂、臨時支護)→掛連網(wǎng)→固定網(wǎng)頭→拉架移溜→安全檢查(含敲幫問頂)→清煤

4) 距停采位置第11—6個循環(huán)：割上刀煤→安全檢查(含敲幫問頂、臨時支護)→施工錨桿(錨索)眼→上錨桿(錨索、桁架)→鋪連網(wǎng)(頂板破碎處鋪雙層網(wǎng))→固定金屬網(wǎng)→固定網(wǎng)頭→割底煤→移架推溜→清煤

5) 距停采位置第5—1個循環(huán)：割上刀煤→安全檢查(含敲幫問頂、臨時支護)→施工錨桿(錨索)眼→上錨桿(錨索、桁架)→鋪連網(wǎng)(頂板破碎處鋪雙層網(wǎng))→固定金屬網(wǎng)→固定網(wǎng)頭→割底煤→推溜→清煤

5 現(xiàn)場應(yīng)用效果

1) 明確了工作面末采工程量，并進(jìn)行合理分配。2-210綜采工作面采用末采支護設(shè)計，在用時上合理管控，提高了人工效率，由原25天提前至20天完成末采。

2) 解決了回采工作面預(yù)留回撤通道寬度過大、過小的問題，使工作面支架順利回撤，減少了回撤通道寬度不足造成支架難以抽出或回撤通道寬度過大造成材料浪費的技術(shù)難題。

3) 合理確定末采循環(huán)次數(shù)、進(jìn)度及工程量。根據(jù)割煤循環(huán)進(jìn)度0.8 m，工作面末采長度15.4 m，確定了工作面19(刀)個循環(huán)進(jìn)度；明確現(xiàn)場操作順序，細(xì)化工藝流程，并按照每個循環(huán)進(jìn)度工程量依次對工作面進(jìn)行施工操作，解決了現(xiàn)場各工序工藝操作混亂現(xiàn)象。

4) 改變了傳統(tǒng)末采工藝，增強了落山側(cè)頂板支護工藝的頂板適應(yīng)性，減輕了回撤期間人員單體柱支護三角區(qū)的勞動強度，改善了安全生產(chǎn)條件，提高了工作面的拆除速度，平均圓班拆除8架，原末采回撤圓班抽6架，從工作面原定17天支架回撤完成提前至14天。

5) 支護材料投用方面，每個回采工作面末采回撤，單體柱、小梁的投用節(jié)省約2.8萬元，減少人工維護成本約1.7萬元，減少崗位數(shù)量，減輕職工勞動強度，提高了工作面回撤效率，有效緩解了工作面拆除時間長、接替緊張的局面，使礦井正常生產(chǎn)接替有序。

6 結(jié) 語

煤礦綜采工作面根據(jù)現(xiàn)場實際情況，合理設(shè)計工作面末采距離及支護方式，及時優(yōu)化工作面末采工藝和支護參數(shù)，解決了現(xiàn)場回撤期間落山側(cè)頂板斷繩問題，實現(xiàn)了回撤頂板及三角區(qū)頂板有效控制，避免了頂板事故;取消了回撤三角區(qū)單體柱使用，減少了人員勞動強度，提升現(xiàn)場機械化效率，提高了現(xiàn)場及人員安全環(huán)境;實現(xiàn)了工作面連續(xù)快速抽架，現(xiàn)場回撤能力提高20%，緩解了采掘接替緊張現(xiàn)狀。該回撤通道設(shè)計可應(yīng)用于不規(guī)則工作面布置，及煤層賦存條件復(fù)雜區(qū)域回采末采工作。