易自燃厚煤層綜放工作面快速搬遷技術(shù)*

劉岷學(xué)，王文星

(陜西長(zhǎng)武亭南煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 咸陽(yáng)713500)

0 引 言

彬長(zhǎng)礦區(qū)某煤礦的4#煤層為Ⅰ類易自燃的特厚煤層，采用綜采放頂煤方法開采。提高工作面搬遷速度，確保搬遷期間的安全對(duì)礦井安全正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益都具有重要意義，因此一些礦井針對(duì)其工作面具體條件已經(jīng)對(duì)如何實(shí)現(xiàn)快速搬遷問(wèn)題進(jìn)行了大量研究。由于下溝煤礦綜放開采的4#煤層的自燃發(fā)火期很短，一般為3 ～5 個(gè)月，最短只有27 d，因此工作面搬遷期間的防滅火問(wèn)題非常突出。下溝煤礦綜放工作面要實(shí)現(xiàn)快速搬遷存在的主要問(wèn)題有

1)工作面開采的4#煤層為Ⅰ類易自燃煤層，自然發(fā)火期短，工作面自然發(fā)火的危險(xiǎn)程度高，工作面回撤期間的防滅火壓力很大;

2)由于礦井原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力小，因此礦井主要巷道的斷面小，致使目前先進(jìn)的綜采工作面大型快速搬遷設(shè)備無(wú)法使用，只能采用自制的中小型的軌道運(yùn)輸搬遷設(shè)備;

4)采用常規(guī)回撤設(shè)備進(jìn)行回撤，運(yùn)輸線路復(fù)雜，而且運(yùn)輸距離長(zhǎng)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)多、調(diào)向頻繁、工期長(zhǎng)、勞動(dòng)力浪費(fèi)，運(yùn)輸支架的車輛易發(fā)生掉軌事故，甚至發(fā)生倒車倒架事故，嚴(yán)重威脅人員安全。

以4403 綜放工作面為具體研究對(duì)象，采用理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法對(duì)綜放工作面快速搬遷技術(shù)，特別是搬遷期間的防滅火技術(shù)進(jìn)行了研究。研究布置了工作面專門回撤通道，并對(duì)專門回撤通道采取了高強(qiáng)度的“錨- 網(wǎng)- 帶”聯(lián)合支護(hù)技術(shù);工作面搬遷中采用自主研發(fā)的雙軌四吊搬運(yùn)機(jī)來(lái)運(yùn)輸支架;采用注氮、黃泥灌漿、注射高分子膠體及頂板掛設(shè)風(fēng)筒布堵漏風(fēng)等綜合防滅火技術(shù)［1-4］?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，采用這些技術(shù)能保證下溝煤礦綜放工作面的順利快速搬遷。

1 試驗(yàn)工作面基本條件

研究試驗(yàn)快速搬遷技術(shù)的4403 綜放工作面位于下溝井田西翼，工作面的走向長(zhǎng)度1 800 m，傾斜長(zhǎng)度187 m，工作面南側(cè)為采空區(qū)、北側(cè)為接續(xù)工作面。

4403 綜放工作面要回撤的主要設(shè)備有:1 臺(tái)MG300/700 -WD 型采煤機(jī)、1 臺(tái)SZZ960/400 型轉(zhuǎn)載機(jī)、1 臺(tái)PLM2200 型破碎機(jī)、1 組TZ13000/23/34 型的端頭支架、6 付G9200/19/33H 型的過(guò)渡支架、117 付9200/18/33 型 的 基 本 支 架、2 臺(tái)SGZ800/800 型的刮板輸送機(jī)、SSJ1200/2* 315 型伸縮皮帶機(jī)1 部。

2 綜放工作面搬遷技術(shù)

2.1 回撤方案優(yōu)化

方案一:采用常規(guī)的方法回撤，即采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)沿回風(fēng)巷→運(yùn)輸巷→進(jìn)風(fēng)行人斜巷→泄水巷的線路回撤，液壓支架沿回風(fēng)巷→404 軌道下山→綜放4404 回風(fēng)巷→運(yùn)料行人斜巷的線路進(jìn)行回撤。

方案二:布置一條專用的回撤措施巷進(jìn)行回撤，即采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)回撤線路與方案一基本相同，而工作面支架則通過(guò)回撤措施巷→綜放4404 回風(fēng)順槽來(lái)直接運(yùn)出工作面。

通過(guò)分析對(duì)比不難發(fā)現(xiàn):方案一的液壓支架運(yùn)輸線路長(zhǎng)，環(huán)節(jié)多，工期長(zhǎng);需要增加3 臺(tái)絞車，需要增加運(yùn)輸人員12 人/班;支架調(diào)向頻繁，運(yùn)架車輛極易出軌、倒車倒架，甚至發(fā)生事故，安全性相對(duì)較差。方案二可減少運(yùn)輸環(huán)節(jié)，減少了需要的勞動(dòng)力，但提前是必須施工15 m 的專用回撤措施巷，同時(shí)工作面的密閉工程量較大。綜合分析考慮，為了縮短回撤工期，防止搬遷期間發(fā)生自然發(fā)火災(zāi)害，提高工作面搬遷的安全性，采用方案二進(jìn)行回撤，回撤措施巷的布置方式如圖1 所示。

2.2 專用回撤巷道的施工工藝技術(shù)

專用回撤巷道的掘進(jìn)斷面為:高度3.1 m，寬度4.0 m，巷道總長(zhǎng)度約為187 m.

這個(gè)賽十娘還是不依不饒。我感覺她湊近了瞄我，就睜開眼瞪著她。她收起笑聲，一本正經(jīng)地說(shuō)：“哎，你莫說(shuō)，他跟你還真有點(diǎn)兒像呢?！?/p>

當(dāng)工作面推進(jìn)至距停采線4 m 時(shí)，面內(nèi)的液壓支架不再向前推移，脫開前溜上的推移桿，采用單體液壓支柱配合枕木來(lái)推移前溜，利用采煤機(jī)進(jìn)行割煤，而形成回撤通道。

2.3 回撤巷道支護(hù)技術(shù)

專用的回撤巷道采用“錨-網(wǎng)-帶-索”聯(lián)合支護(hù)方式?；爻废锏啦捎米笮裏o(wú)縱筋螺紋鋼筋錨桿支護(hù)，錨桿直徑φ22 mm，桿體長(zhǎng)度2.4 m，使用高強(qiáng)度自鎖螺母。錨索長(zhǎng)度7.3 m，采用φ19. 6 mm，1 ×19 股的高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，使用調(diào)心球型墊板。要求錨桿的預(yù)緊扭矩應(yīng)該達(dá)到400 N·m/根以上，錨索的張拉預(yù)緊力為200 ～250 kN/根［5-7］。專用的回撤巷道的“錨- 網(wǎng)- 帶-索”具體支護(hù)參數(shù)如圖2 所示。

2.4 快速搬遷工藝

1)設(shè)備回撤工作的順序。運(yùn)輸巷:皮帶機(jī)和相關(guān)電氣設(shè)備→轉(zhuǎn)載機(jī)及破碎機(jī)→超前支護(hù)和軌道→泵站設(shè)備及電纜等;回風(fēng)巷:前后刮板輸送機(jī)的機(jī)尾→后刮板輸送機(jī)和部分前刮板輸送機(jī)的溜槽→超前支護(hù)設(shè)備和軌道及絞車;專用回撤巷道和泄水巷:采煤機(jī)→部分前、后刮板輸送機(jī)→托纜槽→液壓支架;

圖1 搬遷措施巷道布置示意圖Fig.1 Roadway layout for the relocation

圖2 設(shè)備回撤通道支護(hù)方式示意圖(mm)Fig.2 Roadway support mode for the equipment remove(mm)

2)快速搬遷工作的勞動(dòng)組織形式。所有回撤工作采用平行作業(yè)與交叉作業(yè)相結(jié)合的勞動(dòng)組織形式，從三個(gè)回撤巷道里同時(shí)回撤設(shè)備;

3)采煤機(jī)回撤。施工好回撤巷道后，將采煤機(jī)開到工作面下出口附近，先進(jìn)行解體，再使用液壓支架的前梁配合手動(dòng)葫蘆進(jìn)行起吊和裝車，然后再?gòu)男顾锢镞\(yùn)出來(lái);

4)轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)回撤。先拆除面內(nèi)的電纜和開關(guān)，然后再依次對(duì)破碎機(jī)及轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行解體，之后使用運(yùn)輸巷里安設(shè)的20 T 回柱絞車進(jìn)行起吊裝車，最后從進(jìn)風(fēng)斜巷里運(yùn)出來(lái)。拆移刮板輸送機(jī)之前，需要先拆除工作面內(nèi)的電纜、風(fēng)管和水管，再進(jìn)一步拆除前、后部刮板輸送機(jī)上的啞鈴銷子、齒軌、托纜槽等附件，然后再拆卸機(jī)頭、機(jī)尾的驅(qū)動(dòng)裝置，最后用工作面端頭安裝的5 T 回柱絞車?yán)屏锊?，并裝車運(yùn)出來(lái);

5)回撤工作面的液壓支架?；爻芬簤褐Ъ苁构ぷ髅姘徇w中的主體工作。面內(nèi)液壓支架要需從機(jī)尾向機(jī)頭方向依次進(jìn)行回撤。先利用回撤巷道內(nèi)預(yù)先安設(shè)的32 T 回柱絞車，配合10 T 滑輪組將第123#液壓支架強(qiáng)拉至回撤巷道內(nèi)，之后在工作面上端頭支設(shè)木垛進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，并需要預(yù)留好回風(fēng)通道。采用相同方法將第122#，120#，121#支架依次拉至回撤巷道內(nèi)。第122#，121#支架裝車外運(yùn)時(shí)，第120#支架就作為掩護(hù)支架來(lái)支護(hù)頂板;支架回撤過(guò)程依次不斷向下前移。三角區(qū)的頂板需要采用2.5 m 單體液壓支柱配合1.0 m 鉸接頂梁進(jìn)行支護(hù)，排距為1.5 m，間距為1.0 m;共布置4排單體液壓支柱，采用“先支后回、見五回一”的替換方式［8-10］。在回撤巷道靠煤壁一側(cè)需要支設(shè)木垛支護(hù)，以確保液壓支架回撤時(shí)的回風(fēng)通道暢通。采用自行研制的雙軌四吊專用支架搬運(yùn)車進(jìn)行支架搬運(yùn)，使用支架具有運(yùn)送效率高、速度快、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)踐表明完全可以替代一般的專用液壓支架搬運(yùn)車。自行研制的雙軌四吊車如圖3所示。

圖3 自行研制的雙軌四吊液壓搬運(yùn)車Fig.3 Self-developed four-track vehicle

3 回撤期間的綜合防滅火關(guān)鍵措施

1)進(jìn)行束管監(jiān)測(cè)。在回風(fēng)巷內(nèi)，依次距停采線70，50，30，10，0 m(上隅角)處預(yù)埋束管監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在運(yùn)輸巷內(nèi)距停采線90，60，35 m 處預(yù)埋束管監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)采空區(qū)標(biāo)志氣體含量的變化情況;

2)進(jìn)行開放式的注氮防火。在運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷里，向后方的采空區(qū)預(yù)埋注氮管路，進(jìn)行采空區(qū)注氮［11］，并且配合氮?dú)馀菽酪种七z煤自燃作用;

3)合理留設(shè)阻隔煤墻技術(shù)。在工作面推進(jìn)至距停采線90 m 時(shí)開始調(diào)整工作面推進(jìn)坡度，先采用6°坡度仰斜推采15 m，然后再水平推采30 m，再5°坡度俯斜推采17 m，最后水平推采至工作面的停采線處。在采空區(qū)內(nèi)留設(shè)的阻隔煤墻能使黃泥灌漿漿液更好地停留在停采線附近的采空區(qū)氧化帶區(qū)域內(nèi)［12］，并使采空區(qū)氧化帶內(nèi)的大多數(shù)浮煤被泥漿所包裹;

4)在工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷內(nèi)間隔一定距離設(shè)置綜合隔離墻。當(dāng)工作面推進(jìn)至距停采線50，30 及10 m 時(shí)，在工作面上隅角處，使用沙袋堆筑厚度2 ～3 m 的隔離墻，在墻內(nèi)注射MCJ12 高分子膠體材料，形成沿工作面走向?qū)? ～5 m，沿傾向長(zhǎng)10 ～15 m 的隔離墻。當(dāng)工作面推進(jìn)至距停采線80，50 及20 m 時(shí)，在工作面下端頭運(yùn)輸巷內(nèi)注射MCJ12 高分子膠體，形成沿工作面走向?qū)? ～5 m，沿傾向長(zhǎng)10 ～15 m 的隔離墻。在隔離墻外側(cè)需要壓設(shè)沙袋墻。這樣，可以較好地解決由于工作面上下兩端頭采空區(qū)頂板垮落相對(duì)不夠充分而易于漏風(fēng)的問(wèn)題;

5)進(jìn)行采空區(qū)黃泥灌漿。

4 結(jié) 論

1)設(shè)置專用的回撤措施巷道，并且優(yōu)化液壓支架的運(yùn)輸線路和環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)工作面快速搬遷順利完成的重要技術(shù)措施;

2)采用高強(qiáng)度的“錨-網(wǎng)-帶-索”聯(lián)合支護(hù)方式支護(hù)回撤措施巷道，為設(shè)備回撤提供了安全保證，使用效果良好;

3)采用束管監(jiān)測(cè)、注氮?dú)?、合理留設(shè)阻隔煤墻來(lái)調(diào)整回采坡度、構(gòu)制隔離墻、黃泥灌漿等綜合技術(shù)措施的防滅火效果良好;

4)自主研發(fā)的雙軌四吊支架搬運(yùn)車的支架裝車、運(yùn)輸方便，搬運(yùn)速度快，使用效率高，完全可替代常規(guī)的大型專用支架搬運(yùn)車。

References

［1］ 毛登強(qiáng)，岳宗洪.綜采工作面下行式支架回撤技術(shù)的理論研究與探索［J］.煤炭工程，2008(4):34 -38.MAO Deng-qiang，YUE Zong-hong. Fully mechanized mining face downward retracement bracket theoretical research and exploration technology［J］. Coal Engineering，2008(4):34 -38.

［2］ 李俊杰，常進(jìn)海.綜采工作面縮面開采實(shí)踐［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2011(2):67 -69.LI Jun-jie，CHANG Jin-hai. Fully mechanized coal face shrinking surface mining practice［J］.Coal Science and Technology，2011(2):67 -69.

［3］ 曹懷軍. 快速搬家倒面淺談［J］. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2008(2):21 -23.CAO Huai-Jun.Quick move down the surface［J］.Inner Mongolia Coal Economy，2008(2):21 -23.

［4］ 張明清，岳宗洪，吳桂義，等.綜采工作面下行式支架回撤技術(shù)研究與實(shí)踐［J］.中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2008，66(1):41 -43.ZHANG Ming-qing，YUE Zong-hong，WU Gui-yi，et al.Research and practice on remove technology of descending support in fully mechanized coal face［J］. China Nonmetallic Minerals Industry Herald，2008，66(1):41-43.

［5］ 陳 艾，侯樹宏.易自燃煤層綜放工作面回撤期間綜合防滅火技術(shù)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40(9):45 -51.CHEN Ai，HOU Shu-hong. Comprehensive fire prevention and control technology for fully mechanized top coal caving mining face in easy spontaneous combustion seam during face equipment withdrawn period［J］. Coal Science and Technolgoy，2012，40(9):45 -51.

［6］ 劉小明，李立波，崔 峰.破碎圍巖大采高回撤工作面防滅火工藝應(yīng)用實(shí)踐研究［J］. 西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33(1):12 -17.LIU Xiao-ming，LI Li-bo，CUI Feng. Application of fire preventing and extinguishing technology in large mining height back face with broken surrounding rock［J］.Journal of Xi’an University of Science and Technology，2013，33(1):12 -17.

［7］ 鄧 軍，王 楠，陳曉坤，等.高水膠體防滅火材料物化性能實(shí)驗(yàn)研究田［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31(2):127 -131.DENG Jun，WANG Nan，CHEN Xiao-kun，et al. Study on characters of high water fire prevention gel［J］.Journal of Xi’an University of Science and Technology，2011，31(2):127 -131.

［8］ 宋錄生，郝應(yīng)祥.綜放工作面撤架期間綜合防滅火技術(shù)研究田［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28(4):634-637.SONG Lu-sheng，HAO Ying-xiang. Comprehensive fire prevention and control technology during dismantling supports in fully mechanized top coal caving face［J］.Journal of Xi’an University of Science and Technology，2008，28(4):634 -637.

［9］ 張辛亥，劉 燦，周金生，等.綜放面采空區(qū)流場(chǎng)模擬及自燃危險(xiǎn)區(qū)域劃分口［J］. 西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26(1):6 -9.ZHANG Xin-hai，LIU Can，ZHOU Jin-sheng，et al.Modeling of flow field and partition of spontaneous combustion danger in gob of fully mechanized caving face［J］.Journal of Xi’an University of Science and Technology，2006，26(1):6 -9.

［10］董 偉，王學(xué)兵，史波波，等.開區(qū)注氮防滅火技術(shù)在羊場(chǎng)灣煤礦的研究與應(yīng)用［J］.煤炭工程，2011(12):47 -49.DONG Wei，WANG Xue-bing，SHI Bo-bo，et al. The open area is filled with liquid nitrogen fire prevention and control technology research and application in Yangchangwan coal mine［J］. Coal Mine Engineering，2011(12):47 -49.

［11］鮮學(xué)福，王宏圖，姜德義，等.我國(guó)煤礦礦井的防沒貨技術(shù)研究綜述［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2001，3(12):28 -32.XIAN Xue-fu，WANG Hong-tu，JIANG De-yi，et al. The summarization of the invest on coal ming fire prevention［J］. Chinese Engineering Science，2011，3(12):28 -32.

［12］汪青倉(cāng).神東礦區(qū)綜采工作面快速搬家技術(shù)［J］. 中國(guó)煤炭，2005，31(5):40 -41.WANG Qing-cang. Fast moving technology of fully mechanized work face in Shengdong mining area［J］.China Coal，2005，31(5):40 -41.