煤礦大采高綜采工作面快速回撤工藝優(yōu)化分析

楊云杰

摘要：通過對比兩種大采高綜采工作面的特點，對某煤礦綜采工作面快速回撤工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。通過比較，優(yōu)化改進(jìn)后的綜采工作面在回撤工藝和閉采工藝上更加安全、高效，經(jīng)濟(jì)效益也得到提升。此次綜采工作面的優(yōu)化改進(jìn)將對其他具有相似地質(zhì)條件的礦井具有參考和借鑒價值。

Abstract： By comparing the characteristics of two mining face of fully mechanized mining with great cutting height， the rapid withdrawal technology and the closed mining technology in a coal mine is optimized and improved. The mining face is safer， more efficient and the economic after optimization and improvement， it also will have reference value for other mine with similar geological conditions.

關(guān)鍵詞：大采高綜采；回撤工藝；優(yōu)化改進(jìn)

Key words： fully mechanized mining with great cutting height；withdrawal technology；optimization and improvement

中圖分類號：TD821 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）03-0134-03

0 引言

某煤礦在進(jìn)行408工作面主、輔撤架通道施工時，工作面回采后期因頂板壓力較大，輔助撤架通道頂板劇烈下沉、冒頂、片幫、底鼓等問題比較突出，無法滿足安全使用，影響工作面回撤速度與準(zhǔn)備工作面的安裝。因此，必須對原有的工作面回轍工藝進(jìn)行改進(jìn)，以保證工作面撤架工藝在運(yùn)用上更加安全可靠，使該煤礦礦井建設(shè)變得安全高效。

在全風(fēng)壓條件下，以雙掩護(hù)架分開交錯布置的新型撤架回撤工藝技術(shù)，進(jìn)一步提高了綜采工作面撤架工作的科學(xué)性與安全性，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為今后在類似條件下的撤架工作，奠定了堅實基礎(chǔ)[1]。在地質(zhì)條件較差且煤層瓦斯含量較高的礦區(qū)，通常采用的回撤工藝是單通道單翼或雙翼回撤工藝[2]。綜采工作面撤回通道施工過程中采用了先進(jìn)的錨網(wǎng)支護(hù)工藝，回收支架時又大膽采用雙掩護(hù)支架，解決了頂板破碎，扇形帶難以維護(hù)的問題，并取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益[3]。

總體來講，大采高開采的方式導(dǎo)致工作面支架—圍巖系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，煤壁處支承壓力升高，煤壁片幫現(xiàn)象加劇，支架與頂板管理困難，并造成工作面閉采時回轍難度加大。雖然國內(nèi)外已有大量礦井對于大采高綜采工作面快速回轍工藝均有一定的成功經(jīng)驗積累，但大采高綜采工作面快速回轍工藝應(yīng)與具體礦井的煤巖賦存情況相適應(yīng)。該煤礦將借助本次大采高綜采工作面快速回撤工藝的優(yōu)化研究，找到與其自身內(nèi)外部條件相適應(yīng)的科學(xué)的快速回轍工藝。

1 工程概況

井田地處陜北黃土高原南部，由于受沮水河及其支溝的切割和侵蝕，造成基巖出露，溝谷縱橫、地形復(fù)雜，地表全部為植被和森林覆蓋，形成中～低山森林地貌特征。地勢呈西北高、東南低態(tài)勢，海拔高程為+1511.28～+1022.75m，最高處位于金盆梁附近，最低處位于沮水河河谷索羅灣一帶，相對高差488.53m。

井田內(nèi)含煤性地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，共含煤4層（組），自上而下依次編號為0號煤、1號煤、2號煤和3號煤（組）。其中0號煤層和1號煤層厚度0.04～0.35m，零星分布，極不穩(wěn)定，均不可采；2號煤層厚度0.05m～6.75m，平均厚3.39m，全區(qū)分布，為井田內(nèi)主要可采煤層；3號煤層厚度0.15～3.80m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不穩(wěn)定，見煤點少，含煤面積小，屬于零星可采煤層。該煤礦可采煤層特征見表1。

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2 工作面巷道布置

2.1 地質(zhì)特征

2.1.1 地質(zhì)條件

408綜采工作面位于二號井田一盤區(qū)的左翼。工作面走向長度2145m，工作面長度260m。順槽斷面為矩形，走向方位215°，順槽沿煤層頂板掘進(jìn)。工作面對應(yīng)的上部地表為中～低山林區(qū)，溝壑縱橫，地形較為復(fù)雜，上覆巖層厚度為420～600m左右。

408綜采工作面主采2號煤層，屬侏羅系中統(tǒng)延安組，煤層為黑色，弱瀝青光澤，半暗～半亮型，條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，內(nèi)生裂隙發(fā)育，煤層厚度4.3～5.9m，底部煤質(zhì)較差。煤層結(jié)構(gòu)較簡單，含有1層矸石層，厚度0.2～0.3m，夾矸巖性為泥巖。

2.1.2 圍巖條件

老頂：以灰—淺灰白色細(xì)粒砂巖為主，厚層狀，具波狀層理，較堅硬，分布穩(wěn)定。飽和單軸抗壓強(qiáng)為11.6-73.7MPa，平均43.1MPa，為半堅硬巖石。

直接頂：以粉砂巖、細(xì)砂巖為主，局部為泥巖和砂質(zhì)泥巖。粉砂巖飽和抗壓強(qiáng)度為25.1-40.07MPa，平均31.4MPa，為半堅硬巖石，屬中等穩(wěn)定的不易冒落頂板。泥巖和砂質(zhì)泥巖為層狀，水平層理發(fā)育，易風(fēng)化破碎，飽和單軸抗壓強(qiáng)度為21.0-29.6MPa，平均24.9MPa，為軟弱巖石。

偽頂厚度很小，一般0.5m左右，多為泥巖、炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖，較松軟，易風(fēng)化破碎，為軟弱巖石。常同煤層隨采隨落，極不穩(wěn)定，零星分布。

底板：主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖和少量的炭質(zhì)泥巖，團(tuán)塊狀，含豐富的植物根化石，厚度穩(wěn)定，遇水易膨脹。飽和單軸抗壓強(qiáng)度為4.37-24.7MPa，平均14.6MPa，為軟弱巖石，存在主要工程地質(zhì)問題是易產(chǎn)生底鼓變形。

2.2 巷道布置

408工作面、109工作面采用“一面三巷”的巷道布置形式，順槽斷面為矩形，沿煤層頂板掘進(jìn)，分別為膠帶巷、回風(fēng)巷和輔助運(yùn)輸巷，其中輔助運(yùn)輸巷與膠帶巷之間以20m煤柱相隔，該巷道在工作面回采結(jié)束后，還將作為相鄰的下一個工作面回風(fēng)巷繼續(xù)使用。工作面均裝備大采高成套綜采設(shè)備。支護(hù)方式均采用“錨網(wǎng)索”聯(lián)合支護(hù)。其中109工作面走向長度2100m，工作面長度260m；408工作面走向長度2650m，工作面長度265m。

3 工作面回撤方案比較

408工作面走向長度2650m，工作面長265m，沿工作面共布置155臺支架，從機(jī)頭向機(jī)尾依次布置端頭架3架、過渡架1架、普通架147架、過渡架1架、端頭架3架。

408工作面及109工作面均采用“兩頭向中間”的回撤方式（圖1、圖2），將機(jī)頭、機(jī)尾設(shè)備撤出后，即可以進(jìn)行撤架，只需要維護(hù)一條出架通道，頂板管理較容易；將支架抽出后掉向，直接由撤架通道進(jìn)入出架通道，運(yùn)至輔運(yùn)大巷，路線順暢，環(huán)節(jié)簡單。

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3.1 閉采工藝比較

109工作面在閉采過程中工作面煤壁距停采線18m開始掛網(wǎng)，網(wǎng)為10#鐵絲經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)長10.0m，寬1.25m，第一遍掛單網(wǎng)，其余全部掛雙層網(wǎng)，網(wǎng)搭接長邊不小于600mm，短邊不小于200mm，搭接處雙排用14#鐵絲扭結(jié)，扭結(jié)點每米不少于5處。在距離終采位置12m處，采用掛雙網(wǎng)并在網(wǎng)下掛鋼絲繩且兩頭用錨桿固定的工藝。

408工作面閉采過程中工作面煤壁距停采線18m開始掛網(wǎng)，網(wǎng)為聚酯纖維柔性網(wǎng)，網(wǎng)長280m，寬20m。工作面煤壁距停采線12m開始掛鋼絲繩，共20道鋼絲繩。鋼絲繩為Φ22mm，長280m，間距600mm，鋼絲繩掛在聚酯纖維柔性網(wǎng)下。

109工作面在閉采過程中均采用長10m，寬1.25m的經(jīng)緯網(wǎng)，在掛網(wǎng)過程中人員需頻繁進(jìn)入運(yùn)輸機(jī)道進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，片幫煤威脅人員安全，閉采速度也受到限制。408工作面閉采使用柔性網(wǎng)，為一張整網(wǎng)，長280m，寬20m，是我礦第一次使用，在閉采過程中無需人員進(jìn)入運(yùn)輸機(jī)道作業(yè)，保證了人員安全，取掉了聯(lián)網(wǎng)工序，大大提高了工作效率。

3.2 回撤工藝比較

109工作面與408工作面地質(zhì)情況類似，回撤方案基本相同，但采用408工作面回撤工藝經(jīng)濟(jì)上節(jié)省、使用上安全高效。

109回撤工作面通道在回撤支架過程中，寬度達(dá)到8m以上，工作面回撤支架時，每抽出一架，需在原位置支護(hù)3-4個木垛，以利于下一架的回撤。這樣，支護(hù)稍不及時就有可能發(fā)生漏頂，影響安全及支架回撤，而過多打木垛對頂板進(jìn)行維護(hù)，不僅浪費(fèi)了木料，同時也增加了工人的勞動強(qiáng)度。

408工作面回撤過程中增加兩臺ZZ10000/20/40型液壓支架作為掩護(hù)支架，替代中間支護(hù)的兩個木垛，原靠煤墻側(cè)一臺ZY10000-26/55D型支架位置基本保持不變。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益比較

相較于109工作面的撤架方式，408工作面通過對掩護(hù)支架的使用，支架回撤完畢時，合計少支護(hù)木垛150個左右，可節(jié)約道木1萬根左右，節(jié)約資金38萬元，提高了回撤支架的安全系數(shù)，保證了工作面支架的安全順利回撤，同時也降低了工人的勞動強(qiáng)度。

4 結(jié)論

408工作面回撤過程中增加兩臺ZZ10000/20/40型液壓支架作為掩護(hù)支架，替代109工作面中間支護(hù)的兩個木垛，工作面回撤完支架合計少支護(hù)木垛約150個，可節(jié)約道木1萬根左右，節(jié)約資金38萬元，提高了回撤支架的安全系數(shù)，保證了工作面支架的安全順利回撤，同時也降低了工人的勞動強(qiáng)度。

經(jīng)優(yōu)化分析，確定該礦工作面合理的快速回撤工藝如下：工作面巷道布置僅施工一條出架通道，通道斷面采用直墻圓弧拱形，采用錨網(wǎng)索支護(hù)；工作面采用“兩頭向中間”的回撤方式；工作面閉采過程中采用柔性網(wǎng)，工作面回撤過程中可增加兩臺ZZ10000/20/40型液壓支架作為掩護(hù)支架，替代工作面中間支護(hù)的兩個木垛。該快速回轍工藝已在現(xiàn)場成功應(yīng)用，并對其他具有相似地質(zhì)條件的礦井具有參考和借鑒價值。

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