城郊礦綜采工作面回撤通道留設(shè)實(shí)踐與探討

西 龍，卞大寧，李 力

(河南煤化集團(tuán)永煤公司城郊煤礦，河南 永城 476600)

機(jī)械化是我國(guó)煤礦生產(chǎn)的發(fā)展方向，綜合機(jī)械化采煤技術(shù)作為我國(guó)主要的采煤工藝，具有安全、高效、低耗能和勞動(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn)，提高了煤礦開(kāi)采的機(jī)械化水平［1］。綜采中液壓支架的普及雖然減少了工作面頂板事故的發(fā)生，但是具有體積大、噸位重的特點(diǎn)，為工作面回撤增加了難度［2］。為了提高工作面回撤效率和安全性，永煤公司城郊煤礦組建了專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍長(zhǎng)期從事綜采工作面拆除工作，傳統(tǒng)的回撤工藝采用局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，綜采設(shè)備從軌道順槽運(yùn)出，隨著支架的回撤，支架后方的老塘逐步塌實(shí)。由于回撤工作面風(fēng)筒安設(shè)在液壓支架底座上，加之各種因素影響，風(fēng)筒破壞、迎頭風(fēng)筒超距、風(fēng)筒脫節(jié)等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致工作面出現(xiàn)局部風(fēng)流紊亂，回撤地點(diǎn)風(fēng)量偏小等現(xiàn)象。2505工作面為瓦斯異常工作面，采用傳統(tǒng)的回撤工藝無(wú)法滿足瓦斯稀釋的風(fēng)量要求，若通風(fēng)方式由全風(fēng)壓轉(zhuǎn)為負(fù)壓通風(fēng)，會(huì)使老塘的氣體壓力大于工作面氣體壓力，引起老塘內(nèi)的瓦斯涌向回撤工作面，容易發(fā)生瓦斯超限隱患。針對(duì)以上問(wèn)題，為及時(shí)完成綜采設(shè)備的拆除工作，并保證安全生產(chǎn)，嘗試改變常規(guī)的回撤工藝，通過(guò)留設(shè)回撤通道，保持原來(lái)的全風(fēng)壓通風(fēng)方式，實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備的安全順利回撤，同時(shí)保證回撤期間對(duì)工作面涌出的瓦斯進(jìn)行有效治理。

1 工程概況

2505綜采工作面是永煤集團(tuán)第三對(duì)大型現(xiàn)代化礦井城郊煤礦的－495水平二2煤的五采區(qū)工作面。工作面東為2506工作面(未動(dòng))，西為2904工作面(未動(dòng))，南為2502工作面外段(已采)，北為東翼軌道、膠帶暗斜井保護(hù)煤柱。平均走向長(zhǎng)度為896 m、傾斜長(zhǎng)度200 m、可采儲(chǔ)量為51.6萬(wàn) t，工作面總體為一寬緩的單斜構(gòu)造，工作面里段較平緩，煤層傾角3°～7°，外段煤層傾角較大約12°～22°。

2 回撤通道留設(shè)可行性分析

2.1 回撤通道基本頂結(jié)構(gòu)分析

工作面正常回采階段，采場(chǎng)老頂巖梁周期性破斷，周期來(lái)壓期間，巖層運(yùn)動(dòng)將經(jīng)歷相對(duì)穩(wěn)定和顯著運(yùn)動(dòng)兩個(gè)發(fā)展過(guò)程，而工作面收尾結(jié)束后，由于停采線位置的選擇，老頂巖層的這兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都可能發(fā)生。根據(jù)老頂巖梁在回撤通道附近的斷裂位置，可把回撤通道上覆巖體分為3種結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

1)老頂巖梁在停采線后方斷裂。

工作面停采前已發(fā)生了一次來(lái)壓，而在到停采線后下一次周期來(lái)壓還沒(méi)有發(fā)生，此時(shí)老頂處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，見(jiàn)圖1。

2)老頂巖梁在回撤通道上方斷裂。

在回撤通道上方，當(dāng)老頂?shù)膽衣堕L(zhǎng)度達(dá)到周期來(lái)壓步距時(shí)，老頂將可能在巷道上方斷裂，并發(fā)生回轉(zhuǎn)下沉，見(jiàn)圖2。

圖2 老頂在巷道上方斷裂示意圖

3)老頂巖梁深入巷道煤體斷裂。

老頂周期來(lái)壓步距較大，且老頂在回撤通道上方的懸露長(zhǎng)度達(dá)不到老頂周期來(lái)壓步距時(shí)，老頂巖梁將會(huì)跨過(guò)巷道，當(dāng)其達(dá)到懸跨限度時(shí)，老頂巖梁在實(shí)體煤側(cè)發(fā)生斷裂，見(jiàn)圖3。

圖3 老頂在巷道煤體上方斷裂示意圖

以上分析可知，上覆巖體斷裂穩(wěn)定后，關(guān)鍵巖塊對(duì)回撤通道圍巖的穩(wěn)定性極為重要，分析巷道頂板的3種結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵塊A(圖1)以近似懸臂梁的形式存在，巷道頂板承受上覆巖體的靜載荷，回撤通道相對(duì)穩(wěn)定。而關(guān)鍵塊B(圖2)或C(圖3)在巷道上方已發(fā)生斷裂，支架回撤時(shí)對(duì)其產(chǎn)生擾動(dòng)，巖塊極易發(fā)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)回撤通道圍巖在此產(chǎn)生動(dòng)壓影響，致使圍巖變形更加嚴(yán)重，對(duì)回撤通道的支護(hù)提出了更高的要求。因此，在工作面停采后上覆巖層處于A狀態(tài)時(shí)，利用掩護(hù)支架后方支設(shè)木垛的方式留設(shè)回撤通道的方式可以實(shí)現(xiàn)，而工作面停采后上覆巖層處于B或C狀態(tài)時(shí)，木垛的支護(hù)強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)不到要求，極易發(fā)生壓垮型冒頂，需要尋求其他維護(hù)方式。

2.2 回撤通道留設(shè)可行性分析

由收尾期間的支架壓力分布可知，在工作面停采前已發(fā)生了一次來(lái)壓，而在到停采線后下一次周期來(lái)壓還沒(méi)有發(fā)生，證明此時(shí)基本頂處于第一種狀態(tài)，即基本頂斷裂在回撤通道之后，而通道上方則以懸臂梁的形式存在，可支撐上部煤巖體重量?；爻吠ǖ赖捻敯鍓毫χ饕獊?lái)自偽頂和直接頂破碎后巖石的自重，可通過(guò)支設(shè)木垛輔以木錨桿加強(qiáng)支護(hù)的方式實(shí)現(xiàn)留設(shè)和維護(hù)。

3 回撤通道維護(hù)技術(shù)實(shí)踐

3.1 木錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)

城郊煤礦回撤通道煤壁側(cè)通過(guò)采用打d35 mm×1 600 mm木錨桿的方式護(hù)幫，并緊貼煤壁鋪設(shè)雙層塑編網(wǎng)護(hù)幫，塑編網(wǎng)要與頂板網(wǎng)使用聯(lián)網(wǎng)繩實(shí)現(xiàn)可靠連接，木托盤(pán)要緊貼煤壁。使用風(fēng)動(dòng)幫錨機(jī)打眼，錨桿布置為上、中、下3排，五花眼布置，頂排錨桿距頂板300～500 mm，底排錨桿距底板500～700 mm，中間一排打在相鄰上、下兩排錨桿的對(duì)角線交點(diǎn)位置。頂排和中間排錨桿垂直于煤壁，底排錨桿可適當(dāng)下扎2°～4°，錨桿排距700～900 mm，同排錨桿間距1 500±100 mm。托盤(pán)要緊貼煤壁，錨桿外露長(zhǎng)度不小于50 mm，并使用木楔打牢固。頂、底錨間距 ＞1.8 m時(shí)，可在其間補(bǔ)打一排錨桿。

3.2 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)參數(shù)

該煤礦回撤通道頂板通過(guò)4層塑編網(wǎng)和d21.5 mm的鋼絲繩進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，防止頂板破碎及掉矸。同時(shí)，在每臺(tái)回撤支架頂梁上方架設(shè)走向棚時(shí)，棚梁采用2.4～4.0 m∏型梁，每架2根，∏型梁一頭擔(dān)在支架伸縮梁上，另一頭緊貼煤墻，通過(guò)單體柱進(jìn)行支護(hù)，∏型梁擔(dān)在支架上的長(zhǎng)度不小于400 mm。

根據(jù)回撤相鄰工作面的經(jīng)驗(yàn)，此支護(hù)強(qiáng)度足以滿足回撤支架的需要?；爻分Ъ芷陂g，在木錨桿的支護(hù)作用下煤壁片幫段較少，老塘側(cè)壓力不明顯，因此，在回撤通道后方支設(shè)木垛后，側(cè)向推跨的可能性較小，木垛承受的壓力主要是來(lái)自頂板的壓力。而頂板的塑編網(wǎng)及鋼絲繩有效地防止了頂板碎矸的掉落并平均了頂板壓力。根據(jù)以往利用木垛法回撤支架的經(jīng)驗(yàn)，支設(shè)的木垛足以承受頂板的壓力。因此，支設(shè)木垛維護(hù)回撤通道具有可行性，2505綜采工作面掩護(hù)支架布置及回撤通道留設(shè)示意圖見(jiàn)圖4。

3.3 回撤支架時(shí)安全措施

圖4 掩護(hù)支架布置及回撤通道留設(shè)示意圖

1)每回撤1臺(tái)支架，及時(shí)在掩護(hù)架后方靠老塘側(cè)用2根圓木打點(diǎn)柱進(jìn)行支護(hù)。支架回撤過(guò)程中隨掩護(hù)架的移動(dòng)，每回撤2臺(tái)液壓支架搭設(shè)木垛，木垛與煤壁間距不大于300 mm，每層木垛間2個(gè)圓木間距不大于1 800 mm，圓木距邊不小于300 mm。

2)回撤支架期間注意敲幫問(wèn)頂，人員進(jìn)入掩護(hù)架前要敲幫問(wèn)頂，煤壁片幫嚴(yán)重時(shí)，及時(shí)架順山棚加強(qiáng)支護(hù)。遇頂板下沉嚴(yán)重時(shí)，采用單體支柱及時(shí)撐住鋼絲繩并保證木垛支護(hù)高度不低于1.8 m。

3)木垛緊貼掩護(hù)架搭設(shè)，以防頂板垮落造成瓦斯積聚。掩護(hù)支架后方靠煤壁處要掛便攜式甲烷檢測(cè)儀以監(jiān)測(cè)工作面瓦斯情況。

4 工業(yè)性試驗(yàn)效果分析

支架回收過(guò)程中，回收通道均保持了較好的狀態(tài)，平均速度也由每班3架提高到每班5架，工期由13天減少到9天，達(dá)到了高產(chǎn)高效的目的。

通過(guò)保留工作面回撤期間回風(fēng)通道，有效地保證了工作面回撤期間的供風(fēng)量。雖然木垛對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)有影響，但是滿足了稀釋瓦斯到允許濃度的風(fēng)量需要，且在執(zhí)行過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)瓦斯異常，并且達(dá)到了預(yù)想的安全回撤目的。2505工作面回撤期間風(fēng)量變化圖見(jiàn)圖5。

圖5 2505工作面回撤期間風(fēng)量變化圖

5 結(jié)論

1)城郊煤礦2505工作面基本頂斷裂在回撤通道之后，在回撤通道上方以懸臂梁的形式存在，頂板壓力主要來(lái)自偽頂和直接頂破碎后巖石的自重，可通過(guò)支設(shè)木垛輔以木錨桿加強(qiáng)支護(hù)的方式實(shí)現(xiàn)留設(shè)和維護(hù)。

2)采用所設(shè)計(jì)的木垛、木錨桿支護(hù)和塑編網(wǎng)、鋼絲、∏型梁補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)參數(shù)，回采通道支架回收過(guò)程中均保持了較好的狀態(tài)。

3)該煤礦通過(guò)留設(shè)回撤通道，保證了回撤期間的需風(fēng)量，避免了負(fù)壓通風(fēng)老塘瓦斯涌出問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了綜采設(shè)備的安全順利回撤。此項(xiàng)研究為相似回撤施工積累了經(jīng)驗(yàn)，具有推廣和參考價(jià)值。

［1］張延明.綜采工作面回撤通道支護(hù)技術(shù)實(shí)踐［J］.煤礦安全，2010(11):44－45.

［2］李永生，劉彥昌.錨網(wǎng)支護(hù)在綜采工作面回撤通道中的應(yīng)用［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，38(4):35－36，74.