淺埋深薄基巖“三軟”易自燃煤層綜放面大噸位液壓支架快速撤除技術

張京超，續(xù)文峰，劉 坤，周廣宇

(1.新汶礦業(yè)集團(伊犁)能源公司，新疆 伊寧 835000；2.伊犁新礦煤業(yè)有限責任公司，新疆 伊犁 835000)

淺埋深薄基巖“三軟”易自燃煤層綜放面大噸位液壓支架快速撤除技術

張京超1，續(xù)文峰1，劉 坤2，周廣宇2

(1.新汶礦業(yè)集團(伊犁)能源公司，新疆 伊寧 835000；2.伊犁新礦煤業(yè)有限責任公司，新疆 伊犁 835000)

針對新疆伊寧礦區(qū)伊北煤田大型礦井綜采放頂煤工作面液壓支架撤除，在工作面埋深淺，頂板均為軟質(zhì)巖類，煤層自然發(fā)火期短的條件下，進行了綜放工作面撤除通道加固、綜合防火、支架整體運輸?shù)寡b技術研究與實踐，采取安全可靠的措施，實現(xiàn)了工作面安全、快速撤除。

淺埋深薄基巖；易自燃煤層；綜放工作面；大噸位液壓支架；快速撤除

RapidRemoveTechnologyofLargeTonnageHydraulicSupportinFullyMechanicalWorkingFacewith‘ThreeSoft’andThinBaseRockinShallow

伊犁四號礦井是新汶礦業(yè)集團(伊犁)能源公司在新疆伊寧礦區(qū)伊北煤田建設的首個大型礦井，是國家示范項目“伊北2×109Nm3/a煤制天然氣”配套工程[1]。北京煤科總院天地科技開采事業(yè)部為礦井設計 “三機”配套為MG500/1330-WD型采煤機、SGZ1000/2×1000型前、后刮板輸送機、ZFY13000/24/42型兩柱掩護式放頂煤液壓支架[2]。中間支架重量44t，過渡支架最大重量達49t，支架頂梁長度4850mm，底座長度3.61m。通過計算，工作面支架撤除時，頂梁前端至煤壁的端面距必須達到5.8m，才能滿足支架前拉和調(diào)向要求。礦井設計輔助運輸為無軌膠輪車運輸。為保證試采工作面安全撤除，進行了淺埋深薄基巖“三軟”易自燃煤層綜放工作面大噸位液壓支架快速撤除技術研究與實踐，實現(xiàn)了工作面安全、快速撤除。

1 礦井及試采工作面概況

1.1 礦井概況

伊犁四號礦井位于伊寧礦區(qū)伊北煤田，設計生產(chǎn)能力6.0Mt/a，采用斜井、立風井混合開拓，設計3條斜井：主斜井、進風斜井、緩坡斜井和東部立風井，目前礦井各個生產(chǎn)系統(tǒng)已建設完成。礦井首采區(qū)11采區(qū)，主采煤層為煤21-1和煤23-2煤層，設計的試采面為21103工作面。礦井輔運系統(tǒng)主要采用無軌膠輪車，擔負上下井的人員、設備、材料提升運輸任務，無軌膠輪車沿緩坡斜井、23-2煤層輔運大巷、21-1煤層輔運大巷等巷道運行至各工作地點，巷道平均坡度6°。

1.2 試采面概況

試采面21103綜放工作面位于+660m水平11采區(qū)南部，工作面走向長1710m，傾斜長120m，平均煤厚5.5m，工作面切眼煤層埋深只有55m，停采位置埋深106m。頂板巖性主要為灰色中砂巖、細砂巖、泥巖與砂巖互層，上距古近系砂礫巖含水層 19.2～37.2m，平均29m。平均天然抗壓強度為12.2～16.27MPa；平均飽和抗壓強度為1.81～3.69MPa；平均抗拉強度為0.87～1.25MPa；平均天然抗剪強度2.05～3.53MPa；軟化系數(shù)一般0.02～0.25，屬軟質(zhì)巖類。煤層最短自然發(fā)火期44d，屬容易自燃煤層。工作面于2015年12月試采，采用ZFY13000/24/42型兩柱掩護式放頂煤液壓支架支護頂板，因底板為遇水易泥化軟巖，留底煤開采，采高4m，循環(huán)進尺0.8m。

2 撤面加固技術研究與實踐

工作面撤除頂板加固設計采用錨梁+錨索支護頂板。自距離停采位置15m開始采用雙層菱形網(wǎng)護頂，防止頂板漏冒，雙層菱形網(wǎng)間夾鋪阻燃土工布封閉，防止向采空區(qū)漏風。為使菱形網(wǎng)和土工布甩入采空區(qū)底板，第1排網(wǎng)沿工作面傾向拉設鋼絲繩1道。當工作面推進至距停采線10m時，開始支設第1排錨帶，支護支架頂梁上方頂板。支架頂梁前端距停采線6m時，斷開支架和刮板輸送機連接，保證足夠的支架撤除通道。

2.1 工作面撤除加固斷面設計

按照工作面使用支架尺寸，工作面撤除加固斷面離停采線15m滿足鋪設的網(wǎng)甩入采空區(qū)，按支架頂梁長度和底座長度工作面設計寬度6m，滿足外拉支架、支架調(diào)向和運輸要求。

2.2 切眼刷寬支護設計

按懸吊理論計算錨桿支護參數(shù)，永久支護頂板選用φ20mm×2400mm螺紋鋼等強錨桿，間排距為：900mm×800mm；采用φ17.8mm×6300mm錨索加強支護；停采線幫部錨網(wǎng)梁支護，選用φ18mm×2000mm螺紋鋼等強錨桿，間排距1400mm×900mm能滿足要求[3]。工作面頂板壓力大以及破碎處在支架上方托兩架5m工字鋼棚補強支護。

2.3 撤面加固支護

(1)工作面鋪網(wǎng)、布 工作面推進至距停采線15m時全工作面開始鋪雙層菱形網(wǎng)，其中，距離停采線15～4m鋪設雙層菱形網(wǎng)夾土工布，上下兩巷鋪設單層菱形網(wǎng)及土工布；距離停采線4～0m只鋪雙層菱形網(wǎng)，不再鋪土工布。工作面鋪第1道菱形網(wǎng)時，沿工作面傾向拉設1道鋼絲繩(鋼絲繩直徑不小于21.5mm)，鋼絲繩每隔1m用雙股8號鐵絲與菱形網(wǎng)扭緊固定一次，鋼絲繩兩端固定在上下兩巷的巷道頂板錨桿上。網(wǎng)、布甩入采空區(qū)長度大于1m。工作面推采至停采位置支護見圖1。

(2)頂板錨桿、錨索支護 當工作面推進至距停采線10m時，開始支設第1排鋼帶。第1排鋼帶內(nèi)錨索與錨桿間隔打設，鋼帶之間壓茬1個錨桿孔，增強整體性；從第2排鋼帶開始每隔2根錨桿打設1根錨索。錨桿采用φ20mm×2400mm螺紋鋼等強錨桿，錨索采用φ17.8mm×6300mm錨索。

圖1 工作面推采至停采位置支護

(3)停采線煤壁支護 停采線煤壁采用錨網(wǎng)梁支護，錨桿間排距1400mm×900mm，其中頂部錨桿距頂板400mm，底部錨桿距離底板500mm，使用錨盤加梯子梁壓菱形網(wǎng)進行封幫。錨桿選用φ18mm×2000mm螺紋鋼等強錨桿。

頂板鋼帶選用WD280/4型的“W”型鋼帶，錨桿托盤長×寬×厚=150mm×150mm×10mm的，煤壁錨盤規(guī)格300mm×280mm×4mm。頂板和幫部每根錨桿分別使用2支MSCK2835樹脂錨固劑和1支MSK2835樹脂錨固劑。頂板中錨桿錨固力不小于100kN，煤幫錨桿錨固力不小于70kN[4]。

錨索錨入頂板內(nèi)不低于1500mm，每根錨索分別采用3支MSCK2835樹脂錨固劑和2支MSK2835樹脂錨固劑加長錨固，錨索梁托盤規(guī)格：300mm×300mm×16mm，錨索梁長度800mm，錨索梁與索具之間加錨盤作墊板，錨盤規(guī)格：長×寬×厚=150mm×150mm×10mm。

(4)撤除通道補強支護 工作面頂板壓力大以及破碎處，在支架上方托兩架工字鋼棚，工字鋼梁長5m，一端托在支架頂梁上，另一端使用單體液壓支柱作為棚腿，緊貼煤壁側(cè)升牢，防止往外拉支架時支架上方頂板漏冒埋壓支架。

3 液壓支架撤除

液壓支架采用絞車拉出、調(diào)向，拖至撤除通道鋪設的鐵板處，然后WC50E無軌膠輪車作為搬運車，在工作面鐵板通道裝車運走至地面或下一個工作面安裝。

3.1 絞車布置

工作面安裝布置2部絞車，并進行絞車能力、鋼絲繩強度驗算后，選用JH-30回柱絞車。

(1)1號JH-30T絞車：安裝在工作面中下部位置，采用“四壓兩戧”固定；選用φ38mm型鋼絲繩70m，用于支架的拉出和調(diào)向。

(2)2號JH-30T絞車：安裝在工作面上端頭絞車硐室內(nèi)，采用“地錨”固定，選用φ38mm型鋼絲繩130m，用于支架調(diào)向、拖運等。

3.2 液壓支架撤除

(1)首先在撤除的機頭處支設木垛支護1號過渡支架以下的空頂，保證頂板穩(wěn)定。

(2)用1號絞車通過固定在工作面煤壁的導向輪依次拉出1號、2號、3號支架并調(diào)向，按從采空區(qū)到煤壁的順序依次排列作為撤除工作面支架的掩護架，以防止撤除其他支架時頂板漏冒埋架；拉出1號、2號、3號的同時，在支架原位置支設“#”字形木垛，防止下端頭頂板冒落影響工作面通風。

(3)然后依次撤除4號及以上支架，最后撤除1號、2號、3號支架。絞車布置及支架回撤如圖2所示。

圖2 絞車布置及支架回撤

3.3 液壓支架運輸

液壓支架采用WC50E無軌膠輪車作為搬運車進行運輸，搬運車沿工作面鋪設的鐵板通道，倒車至所裝支架處，將支架置于搬運車套裝支架的框架中心，支架頂梁朝前縮回推移油缸，將吊索卡具卡入支架底座起吊眼內(nèi)伸出起吊油缸使支架吊離地面300mm，然后前行運走。

4 結(jié) 論

針對淺埋深薄基巖“三軟”易自燃煤層綜放工作面大噸位液壓支架撤除存在防火困難、運輸困難、大跨度撤除通道難以支護等情況，對撤除方案進行了細致的研究和論證，采用“錨桿+錨索”聯(lián)合支護，架設工字鋼梁補強支護，保證撤除通道頂板安全；采用雙層菱形網(wǎng)間夾鋪阻燃土工布封閉，防止向采空區(qū)漏風，防止了采空區(qū)遺煤自燃；采用撤除通道鋪設鐵板、大載重支架搬運車直接進入工作面進行裝車，避免了支架拆解，實現(xiàn)整架快速運輸，用時10d安全完成了面長120m工作面支架撤除，對類似條件礦井工作面撤除具有深遠的指導意義。

[1]續(xù)文峰，張京超.淺埋深軟巖大斷面切眼擴寬及大噸位液壓支架整體安裝實踐[J].煤礦開采，2016，21(1):53-55.

[2]劉光木，張京超，續(xù)文峰，等.新疆伊寧礦區(qū)特殊地質(zhì)條件液壓支架選型研究[J].中國煤炭，2014，40(2):67-70，79.

[3]張海洋，孫利輝.深井高應力軟巖巷道讓均壓加固技術研究[J].煤炭工程，2012(11):20-22，25.

[4]王書剛.讓均壓支護技術在深井高應力軟巖巷道中的應用[J].山東煤炭科技，2014(4):63-65，68.

TD355

B

1006-6225(2017)06-0026-03

2017-08-25

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.06.007

張京超(1968-)，男，山東萊蕪人，高級工程師，大學本科，主要從事煤炭生產(chǎn)、技術管理。

張京超，續(xù)文峰，劉 坤，等.淺埋深薄基巖“三軟”易自燃煤層綜放面大噸位液壓支架快速撤除技術[J].煤礦開采，2017，22(6)：26-28.

鄒正立]