綜采工作面單通道快速回撤工藝實(shí)踐

馬小寧，霍軍鵬，喬重讓

(陜西陜北礦業(yè)韓家灣煤炭有限公司，陜西 榆林 719315)

0 引言

綜采工作面機(jī)械設(shè)備的順利回撤是工作面圓滿結(jié)束的標(biāo)志[1-3]。隨著礦井機(jī)械化、智能化水平的不斷提升，綜采工作面的回采效率日益提高。以往綜采工作面回撤工藝已不能滿足目前綜采工作面高產(chǎn)、高效的需求，成為制約綜采工作面高效生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵的薄弱環(huán)節(jié)[4-7]。以韓家灣煤礦3-1煤層綜采工作面末采貫通階段設(shè)備回撤工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為案例，探討綜采工作面實(shí)現(xiàn)快速回撤工藝的具體實(shí)踐。

1 工程概況

韓家灣煤礦位于陜西省榆林市神木市大柳塔鎮(zhèn)境內(nèi)，屬于典型的地表厚風(fēng)積沙淺埋煤層，井田面積12.42 km2，目前主采3-1煤層，煤層平均厚度2.7 m?；卷敽?.4 m，以淺灰色細(xì)粒砂巖為主，直接頂厚3.7 m，以中細(xì)粒砂巖為主，直接底厚4.05 m。頂?shù)装鍘r性力學(xué)性質(zhì)屬于中等冒落及難冒落型。3-1煤層工作面采用綜合機(jī)械化開采，全部垮落法管理頂板，工作面設(shè)計(jì)走向長度平均2 400 m，傾向長度平均265 m，工作面推采至與回撤通道貫通后開始回撤。工作面配套設(shè)備情況見表1。

表1 3-1煤綜采工作面主要設(shè)備配套情況

2 工作面回撤方案

2.1 回撤方法

2.1.1 總體方案

3-1煤層綜采工作面采用預(yù)掘“單通道-雙向同撤”的方式，即提前布置回撤通道，并在回撤通道內(nèi)布置雙排ZZ12000/18/35型垛式支架，工作面末采至與回撤通道距離10 m時(shí)開始架后掛網(wǎng)，準(zhǔn)備貫通回撤，工作面與回撤巷道貫通后，采用雙掩護(hù)架、雙向同步回撤的方式。工作面回撤工藝的選擇關(guān)系著設(shè)備回撤的作業(yè)分配，牽連著設(shè)備回撤、設(shè)備運(yùn)輸及設(shè)備存放各個(gè)環(huán)節(jié)[8-9]。結(jié)合礦井現(xiàn)有勞動力，3-1煤綜采工作面在采用單回撤通道、垛式支架支護(hù)、兩頭回撤的總體部署下，采用了雙掩護(hù)架、“抽芯”撤架、絞車鋼絲繩拉運(yùn)工藝。

2.1.2 垛式支架支護(hù)

工作面進(jìn)入末采階段以后，在回撤通道內(nèi)布置109臺垛式支架，雙排布置，垛架間距500 mm，垛式支架布置時(shí)避開頂部錨索，上部鋪設(shè)方木用以保護(hù)錨索，并在靠近開采煤壁側(cè)使用了擋矸網(wǎng)，杜絕了末采貫通期間片幫煤、工作面浮煤涌入回撤通道。

2.2 回撤過程

步驟一：工作面末采貫通后，將末采柔性網(wǎng)與回撤通道頂網(wǎng)每200 mm進(jìn)行連接，網(wǎng)片連接完成后組織人員進(jìn)行工作面煤渣清理，并將第1排垛式支架撤出工作面，剩余第2排垛式支架作為臨時(shí)支護(hù)，保證了工作面回撤通道頂板安全、通道暢通。

步驟二：回撤通道維護(hù)到位后，組織人員回撤工作面三機(jī)、設(shè)備列車及皮帶輸送機(jī)，以上設(shè)備回撤結(jié)束后將工作面液壓支架前移，保證支架前梁至回撤通道煤壁4.3 m，控制回撤通道跨度的前提下，給回撤支架留足調(diào)向距離。

步驟三：采用絞車鋼絲繩+滑輪將77#支架撤出后，在支架原位置打設(shè)木垛進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，并將撤出支架直接拉運(yùn)出工作面。再將78#支架撤出后調(diào)向，靠通道煤墻500 mm與通道平行放置作為掩護(hù)架。在78#架底座上掛一滑輪，絞車鋼絲繩繞過滑輪固定在76#架上，將76#架利用絞車撤出后調(diào)向，并使其前頂梁距78#架前頂梁800 mm，然后升起支架，形成一頭雙掩護(hù)架。用同種方式分別形成兩頭雙掩護(hù)架，如圖1所示。

圖1 支架回撤過程示意Fig.1 Support withdrawal process

步驟四：采用“抽芯”方式進(jìn)行支架回撤，待回撤通道內(nèi)掩護(hù)支架形成之后，開始回撤掩護(hù)架兩側(cè)支架。在掩護(hù)架底座上掛一個(gè)滑輪，絞車鋼絲繩繞過滑輪固定在被撤支架推移梁十字架上，此時(shí)開動絞車，采用邊牽引邊拉的方法抽架，直到被撤架底座超過相鄰架后，拆除掩護(hù)架底座滑輪。利用絞車掉向，掉向后及時(shí)升起支架并在原位置打木垛進(jìn)行支護(hù)，并用廢舊圓木代替單體進(jìn)行“三角區(qū)”臨時(shí)支護(hù)；并根據(jù)撤架區(qū)域與掩護(hù)架的距離，及時(shí)拉移掩護(hù)架。保證掩護(hù)架拉到位后，利用倒架絞車將支架運(yùn)出工作面，利用同樣的方法，依次回撤剩余支架。當(dāng)支架撤至順槽口剩余最后2臺支架時(shí)，先將掩護(hù)架撤出，在掩護(hù)架原位置及時(shí)打木垛、廢舊圓木進(jìn)行支護(hù)，待支護(hù)完成后，利用絞車依次邁步拉移支架回撤出工作面，最后進(jìn)行工作面剩余材料清理回收工作。

3 回撤安全保障措施

3.1 保證工作面末采貫通施工質(zhì)量

采用預(yù)掘單通道回撤時(shí)，工作面末采貫通質(zhì)量直接影響工作面回撤工藝、施工進(jìn)度[10]。若貫通質(zhì)量差，頂?shù)装宄霈F(xiàn)明顯臺階式切頂，將會直接導(dǎo)致頂板發(fā)生切落下沉、支架臥底等現(xiàn)象，嚴(yán)重制約著工作面整體回撤工作。因此，工作面末采貫通質(zhì)量的嚴(yán)格把控將成為預(yù)掘單通道回撤通道順利進(jìn)行工作面回撤的基本前提。在工作面末采前，成立了回撤專項(xiàng)工作小組，提前對3401回撤通道頂?shù)装骞r進(jìn)行寫實(shí)，并繪制了具體寫實(shí)圖，將巷道頂?shù)装?、煤厚情況進(jìn)行了詳細(xì)記錄，為工作面末采工作提供準(zhǔn)確詳實(shí)的基礎(chǔ)技術(shù)資料。實(shí)踐證明，工作面末采貫通后，頂?shù)装迤骄忂^渡，均小于200 mm落差，貫通質(zhì)量優(yōu)。

3.2 回撤通道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

回撤通道為工作面設(shè)備回撤的唯一通道?；爻吠ǖ赖闹ёo(hù)效果將直接影響工作面回撤期間頂板的下沉量、煤壁片幫程度。頂板下沉較大又將直接導(dǎo)致回撤通道高度不足，采取起底措施處理底板方可滿足支架運(yùn)輸。煤壁較嚴(yán)重的片幫則影響工作面液壓支架拉移，也增加工人清理工作量，并且煤壁片幫嚴(yán)重又將導(dǎo)致頂板巖層的下沉。因此，加強(qiáng)回撤通道頂板和幫部的支護(hù)強(qiáng)度是保障工作面回撤工作順利實(shí)施的必要安全措施[11-12]。3401綜采工作面末采前，及時(shí)對回撤通道頂部、幫部支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了變更，調(diào)整了支護(hù)材料、支護(hù)參數(shù)，將頂部錨索間排距由2 m調(diào)整為1 m，錨索由φ17.8 mm×8000 mm變更為φ21.6 mm×8 000 mm鋼絞線錨索，間排距1 800 mm×1 000 mm；幫部支護(hù)采用了“錨網(wǎng)+錨索+鋼帶”聯(lián)合支護(hù)，幫部錨桿采用φ17.8 mm×3 000 mm圓鋼錨桿和錨索交錯(cuò)布置，鋼帶采用BHW-2800-150-4 mm型，鋼帶“十字”交叉，加大了支護(hù)強(qiáng)度，并對補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)錨索鋪設(shè)了防護(hù)網(wǎng)，防止托盤受壓脫落傷人，具體如圖2所示。

圖2 3401回撤通道支護(hù)平/斷面Fig.2 Support of 3401 withdrawal channel

3.3 回撤工作面臨時(shí)支護(hù)措施

3.3.1 木垛及圓木支護(hù)

每臺支架撤出后，為防止三角區(qū)頂板下沉，影響下一臺支架回撤工作，在撤出支架區(qū)域臨時(shí)打木垛、支撐圓木進(jìn)行支護(hù)，木垛采用150 mm×150 mm×1 200 mm方木矩形打設(shè)，并在木垛外側(cè)支撐2根廢舊圓木進(jìn)行補(bǔ)充支護(hù)，如圖3所示。

圖3 三角區(qū)臨時(shí)支護(hù)效果Fig.3 Effect of temporary support in triangle area

3.3.2 三岔口抬棚支護(hù)

為了保證工作面機(jī)頭、機(jī)尾三岔口大跨度區(qū)域頂板安全，保證回撤工作順利，在三岔口采用架設(shè)抬棚方式進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，并根據(jù)工作面實(shí)際隨時(shí)調(diào)整支護(hù)方式。普遍采用工字鋼+單體聯(lián)合支護(hù)，如圖4所示。

圖4 三岔口臺棚支護(hù)斷面Fig.4 Section of three fork support

3.3.3 掩護(hù)架+垛式支架臨時(shí)支護(hù)

在工作面支架回撤期間，回撤通道內(nèi)第1排垛式支架隨著支架回撤逐步撤出。掩護(hù)架緊跟前移，用于支撐回撤通道撤架區(qū)域頂板，為工作面回撤創(chuàng)造良好條件。

3.4 回撤效果分析

3401綜采工作面液壓支架共155臺，工作面末采回撤通道貫通后當(dāng)班將通道清理完畢。隨后組織人員開始回撤三機(jī)、設(shè)備列車、膠運(yùn)巷皮帶機(jī)及回撤巷第1排垛架，滯后進(jìn)行液壓支架回撤工作，歷時(shí)9.5 d回撤完畢。其中，回撤三機(jī)、設(shè)備列車及皮帶機(jī)用時(shí)4.5 d，回撤支架用時(shí)5 d，平均單日回撤支架32臺，較工作面回撤計(jì)劃提前了10 d，并且在工作面設(shè)備回撤工作中沒有使用單體支柱，實(shí)現(xiàn)了工作面快速回撤、“0”單體使用率、材料回收率100%的工作目標(biāo)。

4 結(jié)論

(1)末采貫通前應(yīng)制定回撤方案，成立專項(xiàng)工作小組，統(tǒng)一調(diào)度指揮，合理安排回撤工程人員配置，對各環(huán)節(jié)作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)、檢修回撤設(shè)備，保證回撤貫通前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成就緒。堅(jiān)持使用好“雙掩護(hù)架或多掩護(hù)架”工藝，保證回撤通道頂板完整性。

(2)保證工作面末采貫通階段工作面頂?shù)装迤骄忂^渡，無較大落差、起伏；加強(qiáng)回撤通道頂部、幫部支護(hù)強(qiáng)度；提高頂部、幫部支護(hù)密度以及確定合理的支護(hù)參數(shù)。例如：采取錨網(wǎng)索+鋼帶聯(lián)合支護(hù)，鋼帶“十字”交叉，提高支護(hù)聯(lián)動性，保證支護(hù)質(zhì)量。

(3)采用從中部向兩側(cè)“抽芯”雙向回撤方式，提高回撤速率；充分利用廢舊材料代替單體等支護(hù)材料，及時(shí)對采空區(qū)“三角區(qū)”進(jìn)行支護(hù)，為工作面支架回撤創(chuàng)造條件。