塔山礦8110特厚煤層綜放工作面80 m停采煤柱的試驗(yàn)研究

黃彥波

0 引言

大同礦區(qū)煤炭開(kāi)采具有特厚煤層、堅(jiān)硬頂板的特點(diǎn)，很多煤炭工作者都在致力解決特厚煤層堅(jiān)硬頂板條件下的安全、高效生產(chǎn)問(wèn)題[1]。由于煤層厚度大，工作面停采線(xiàn)煤柱留設(shè)的寬度直接關(guān)系到生產(chǎn)的安全可靠和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[2-3]。在保證安全生產(chǎn)的前提下，適當(dāng)?shù)臏p小煤柱寬度，有利于提高煤炭資源回收率，適應(yīng)綠色開(kāi)采新理念，因此，對(duì)煤柱的支護(hù)也必須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足更高效的生產(chǎn)模式。

塔山礦特厚煤層綜放工作面最初設(shè)計(jì)的停采保護(hù)煤柱寬度為230 m，煤炭損失較大，資源利用率較低。近年來(lái)，塔山礦逐步探索不同停采煤柱寬度條件下，研究工作面順槽、盤(pán)區(qū)大巷壓力顯現(xiàn)情況，總結(jié)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，逐漸將停采煤柱寬度優(yōu)化到160 m～180 m，其中在二盤(pán)區(qū)8201工作面縮短至138 m。為了更好的回收煤炭資源，提高工作面回采率，塔山礦對(duì)停采煤柱留設(shè)寬度繼續(xù)優(yōu)化，結(jié)合工作面實(shí)際情況，在一盤(pán)區(qū)8110工作面試驗(yàn)留設(shè)停采煤柱寬度80 m，并對(duì)停采支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

1 工作面概況

8110工作面位于一盤(pán)區(qū)中部，東鄰8109工作面采空區(qū)，南以1070回風(fēng)巷為界，聯(lián)通1070皮帶巷和輔運(yùn)巷，西為8111工作面，目前尚未開(kāi)拓，北為口泉鐵路保護(hù)煤柱，對(duì)應(yīng)地面為雙井溝與米馬澗溝上游的山坡和溝谷地段。8110工作面長(zhǎng)度為207 m，煤層厚度7.14 m～19.34 m，平均14.70 m，工作面平均走向長(zhǎng)度1 945 m。8110工作面所采煤層為3#～5#煤，煤質(zhì)黑色、半亮型煤，碎塊狀、塊狀、條帶狀結(jié)構(gòu)，弱玻璃光澤、瀝青光澤，水平層理結(jié)構(gòu)。原設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)度1 715 m，最小停采煤柱為180 m，經(jīng)優(yōu)化后最小停采煤柱縮小至80 m。

圖1工作面及停采煤柱示意

2 停采煤柱優(yōu)化技術(shù)措施

8110工作面停采煤柱由180 m縮小至80 m對(duì)工作面皮帶機(jī)布置、工作面支護(hù)、停采線(xiàn)外順槽及盤(pán)區(qū)大巷支護(hù)強(qiáng)度等方面提出了更高的要求，為適應(yīng)80 m停采煤柱，保證8110工作面順利停采，采取了一系列有效的技術(shù)措施。

2.1 工作面皮帶機(jī)技術(shù)改造

8110工作面2110順槽的停采線(xiàn)位置距1070回風(fēng)巷80 m，原工作面皮帶大架以及過(guò)渡段合計(jì)長(zhǎng)度超過(guò)120 m，其中皮帶機(jī)儲(chǔ)帶倉(cāng)、拉緊裝置、卷帶裝置均使用地腳螺栓固定，固定段長(zhǎng)度大于80 m，難以滿(mǎn)足80 m停采線(xiàn)對(duì)工作面皮帶機(jī)的要求，為保證80 m停采線(xiàn)順利實(shí)施，現(xiàn)將工作面皮帶改為簡(jiǎn)易皮帶，保證工作面停采不受設(shè)備布置影響，實(shí)現(xiàn)80 m小煤柱停采。

圖2 8110工作面皮帶機(jī)改造示意

將8110工作面原有皮帶機(jī)卸載滾筒至普通皮帶架的皮帶全部退后到普通段上，然后除卸載裝置保留外，機(jī)頭至普通段的其余部件全部拆除出井，并清理巷道底板。安裝簡(jiǎn)易皮帶機(jī)，補(bǔ)充安裝調(diào)高支腿和普通皮帶實(shí)現(xiàn)與原中間部分對(duì)接，將退后的膠帶按設(shè)計(jì)敷設(shè)到位對(duì)接，以滿(mǎn)足80 m停采煤柱的要求。

8110工作面簡(jiǎn)易皮帶機(jī)運(yùn)輸能力與原有皮帶機(jī)相同，不制約工作面產(chǎn)量，同時(shí)具有以下特點(diǎn)：1.不采用基礎(chǔ)固定，便于膠帶機(jī)安裝；2.具有儲(chǔ)帶功能，不影響綜采正常生產(chǎn)；3.利用原皮帶機(jī)卸載滾筒、導(dǎo)流裝置和普通段皮帶架，減少皮帶機(jī)改造工作量和縮短時(shí)間；4、根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)得出結(jié)論，簡(jiǎn)易皮帶機(jī)采用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)架與驅(qū)動(dòng)裝置均放在一個(gè)大底架上，利用錨桿（要求錨桿長(zhǎng)度1米至1.5米之間）現(xiàn)場(chǎng)固定。

2.2 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

為了保證工作面順利安全停采，確保礦井主要生產(chǎn)系統(tǒng)巷道穩(wěn)定安全，針對(duì)8110工作面相關(guān)巷道頂板采取措施：

（1）從2110巷采位1 860 m至皮帶頭卸煤點(diǎn)125 m范圍內(nèi)以及2110運(yùn)料繞道、回風(fēng)繞道，使用組合錨索掛網(wǎng)支護(hù)：組合錨索排間距為1 600 mm×2 500 mm；

（2）從5110巷采位1 800 m至尾巷風(fēng)門(mén)180 m范圍內(nèi)以及5110回風(fēng)繞道，使用組合錨索掛網(wǎng)支護(hù)，并在巷道腮角位置使用φ 22 mm×2 500 mm錨桿壓網(wǎng)固定，排間距均為1 600 mm×2 500 mm；

（3）8110工作面對(duì)應(yīng)一盤(pán)區(qū)回風(fēng)大巷220 m范圍內(nèi)使用組合錨索壓網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)，組合錨索排間距1 800 mm×2 000 mm，每排三組組合錨索。

從2017年7月份開(kāi)始實(shí)施8110工作面停采兩巷以及對(duì)應(yīng)回風(fēng)大巷的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案，并進(jìn)行礦壓觀測(cè)；回采至11月，礦壓顯現(xiàn)主要表現(xiàn)為兩巷噴漿段漿皮出現(xiàn)裂隙、脫落，頂板壓力無(wú)明顯升高，離層儀數(shù)據(jù)也沒(méi)有明顯的提升，回風(fēng)大巷基本保持穩(wěn)定，見(jiàn)圖3、圖4，實(shí)現(xiàn)了縮短工作面停采保護(hù)煤柱至80米的安全停采。

圖3頂板壓力曲線(xiàn)

圖4離層儀位移曲線(xiàn)

3 停采支護(hù)優(yōu)化技術(shù)措施

對(duì)8110工作面頂板采取了一系列的優(yōu)化支護(hù)措施，在保證工作面在留設(shè)80 m停采煤柱條件下安全停采的前提下，節(jié)省支護(hù)材料，縮短停采支護(hù)工期，具體措施如下：

（1）鋪網(wǎng)

工作面推進(jìn)到距離停采線(xiàn)15 m時(shí)，開(kāi)始鋪設(shè)聚酯纖維柔性網(wǎng)，柔性網(wǎng)規(guī)格為JD PET600×600MS（網(wǎng)眼43 mm×43 mm）柔性網(wǎng)。

（2）錨索＋組合梁支護(hù)

在工作面頂板打十一排錨索鋼帶支護(hù)，實(shí)現(xiàn)工作面安全停采。第一排距離停采線(xiàn)9.0 m，第二排距離停采線(xiàn)8.2 m，第三排距離停采線(xiàn)7.2 m，第四排距離停采線(xiàn)6.2 m，第五排距離停采線(xiàn)5.2 m，第六排距離停采線(xiàn)4.4 m，第七排距離停采線(xiàn)3.6 m，第八排距離停采線(xiàn)2.8 m，第九排距離停采線(xiàn)2.0 m，第十排距離停采線(xiàn)1.2 m，第十一排距離停采線(xiàn)0.4 m。其中前五排打錨索加4 m長(zhǎng)11#礦用工字鋼，工字鋼相互對(duì)錯(cuò)500 mm，間距1.75 m，第一排錨索規(guī)格 φ17.8mm×4 300 mm鋼絞線(xiàn)，第二至五排錨索規(guī)格 φ17.8 mm×8 300 mm鋼絞線(xiàn)。第六至十一排打錨桿（索）加3.8 m長(zhǎng)W鋼帶，其中第六排錨桿規(guī)格 φ22 mm×2 500 mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，錨桿間距1.75 m，第七至十一排錨索規(guī)格 φ17.8 mm×4 300 mm鋼絞線(xiàn)，間距0.875 m。

圖5 8110工作面停采支護(hù)剖面示意

（3）組合錨索、角錨索支護(hù)

在支架前梁端頭的機(jī)道上方，垂直于工作面煤壁，架設(shè)錨索吊掛工字鋼挑梁，錨索的間排距為1.2 m×1.75 m，工字鋼梁長(zhǎng)度為4 m，排距1.75 m，錨索使用φ 17.8 mm×8 300 mm。同時(shí)，在工作面機(jī)道頂板范圍內(nèi)，支設(shè)兩排組合錨索，三花布置，兩排分別布置在第九排與第十排，第十一排與第十二排之間。在工作面機(jī)道與煤壁相交處，打設(shè)一排角錨索，角錨索使用φ 17.8 mm×3300mm，吊0.8 m工字鋼梁，排距1.75 m。

（4）護(hù)幫支護(hù)

采用Ф17.8 mm×2 000 mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，配合8#鐵絲、網(wǎng)孔50 mm×50 mm的菱形金屬網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，每排三根，間排距為1.2 m×1.2 m，距頂板0.3 m，托板使用450 mm×280 mm×4 mm的W鋼護(hù)板，加120 mm×120 mm×16 mm高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力拱形托板。

8110工作面停采支護(hù)設(shè)計(jì)將以往停采前17 m鋪網(wǎng)優(yōu)化為15 m，將原支護(hù)設(shè)計(jì)的13排支護(hù)，優(yōu)化為11排，累計(jì)減少2排錨索鋼帶支護(hù)。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)省了大量的支護(hù)支護(hù)材料，縮短了停采支護(hù)工期，實(shí)踐證明優(yōu)化停采支護(hù)設(shè)計(jì)后能夠保證8110工作面的安全快速撤退。

4 設(shè)備拆除

8110工作面撤退支架是塔山礦首次將頭巷作為撤退路線(xiàn)，在撤退時(shí)增加了撤退期間工作面的風(fēng)量，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)在撤架末期工作面風(fēng)量仍能達(dá)到1200 m3/s以上，確保了工作面撤退期間有害氣體不超限；簡(jiǎn)化了通風(fēng)系統(tǒng)，減少通風(fēng)系統(tǒng)改造工程，取消了以往撤架期間工作面鋪設(shè)的一趟鐵風(fēng)筒，降低停采撤退材料消耗費(fèi)用。

4.1 設(shè)備拆除前的準(zhǔn)備工作：

工作面停采后，在工作面尾部和5110巷停采線(xiàn)外50 m煤柱側(cè)各打一個(gè)絞車(chē)窩，滿(mǎn)足設(shè)備拆除及泵站的穩(wěn)放使用。待工作面三機(jī)拆除后，在機(jī)道底板進(jìn)行混凝土硬化。工作面在液壓支架撤出前，對(duì)工作面泵站系統(tǒng)進(jìn)行改造，具體在5110巷安裝一套臨時(shí)泵站，給工作面液壓支架供液，保證工作面在5110巷泵站系統(tǒng)撤出后撤架時(shí)使用。待2110巷設(shè)備列車(chē)、皮帶、皮帶頭、大架以及皮帶的中間架全部拆出后，在液壓支架的撤出過(guò)程中，靠近工作面煤壁側(cè)鋪設(shè)鐵風(fēng)筒，使用風(fēng)筒保護(hù)架和木料保證鐵風(fēng)筒不被機(jī)道垮落頂板壓壞。

4.2 設(shè)備的拆除順序

需要拆除的設(shè)備有順槽頭轉(zhuǎn)載機(jī)及破碎機(jī)、順槽皮帶、工作面轉(zhuǎn)載機(jī)及破碎機(jī)、泵站列車(chē)及動(dòng)力中心、采煤機(jī)一部、工作面前刮板輸送機(jī)一部、后部運(yùn)輸機(jī)一部。設(shè)備撤退根據(jù)運(yùn)輸路線(xiàn)分為兩個(gè)方向進(jìn)行平行作業(yè)，具體如下：

（1）2110巷設(shè)備的拆除：

待工作面停采支護(hù)結(jié)束后，首先退2110順槽皮帶，之后可以平行作業(yè)，一組拆除皮帶頭大架、皮帶頭、轉(zhuǎn)載機(jī)及破碎機(jī)，以及工作面前運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭、端頭支架、工作面后運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭，另一組拆除動(dòng)力中心及泵站系統(tǒng)；待工作面前運(yùn)輸機(jī)拆除結(jié)束后工作面進(jìn)行鋪底，同時(shí)2110巷進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)改造準(zhǔn)備工作。

（2）工作面及5110巷設(shè)備的拆除：

待工作面停采支護(hù)結(jié)束后，首先退工作面前后溜子的大鏈，拆除工作面前溜尾，工作面后溜尾可以與采煤機(jī)的拆除平行作業(yè)，然后拆除前溜中部槽，待前溜拆除結(jié)束，可以進(jìn)行工作面鋪底，同時(shí)平行作業(yè)拆除工作面后溜中部槽。

待拆除前運(yùn)輸機(jī)尾后，陸續(xù)拆除采煤機(jī)、前運(yùn)輸機(jī)及后運(yùn)輸機(jī)后半部分，對(duì)機(jī)道進(jìn)行鋪底，最后拆除后運(yùn)輸機(jī)前半部分。鋪底結(jié)束、通風(fēng)系統(tǒng)改造完成后，進(jìn)行撤退工作面液壓支架。

5 應(yīng)用效果

8110工作面停采支護(hù)累計(jì)用時(shí)12天，工作面設(shè)備撤退累計(jì)用時(shí)19天，從掛網(wǎng)到撤退完畢，累計(jì)用時(shí)34天，均創(chuàng)塔山礦歷次停采支護(hù)、設(shè)備撤退工期最短。8110工作面順利實(shí)現(xiàn)小煤柱停采，工作面兩順槽、以及回風(fēng)大巷均未出現(xiàn)明顯的礦壓顯現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了80 m停采煤柱的安全停采。對(duì)80 m停采煤柱優(yōu)化停采鋪網(wǎng)、支護(hù)設(shè)計(jì)，節(jié)省了大量的柔性網(wǎng)、錨索、鐵風(fēng)筒及其配套材料（風(fēng)筒彎頭、圓木、保護(hù)架）等支護(hù)材料，多生產(chǎn)毛煤30萬(wàn)噸，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論

8110工作面通過(guò)工作面皮帶機(jī)改造、對(duì)工作面及相關(guān)巷道的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、合理安排設(shè)備拆除等手段，成功將停采煤柱減小至80 m。此次在8110工作面成功從頭巷撤退支架，為以后塔山礦及同煤集團(tuán)其他工作面停采撤退提供了新的思路，在今后工作面設(shè)計(jì)中，可以考慮特種車(chē)輛從頭巷撤退的方案，減少后期巷道、設(shè)備改造工程量。實(shí)踐表明，8110工作面成功實(shí)現(xiàn)80 m停采煤柱的安全、高效停采，用時(shí)工期短、消耗材料少，為各特厚煤層綜放工作面的安全停采提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。