綜采工作面安全快速回撤技術(shù)研究

蔡旭東

（晉能控股集團(tuán)王村煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 大同 037000）

引言

隨著當(dāng)前時(shí)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，相關(guān)設(shè)備的自動化程度以及人機(jī)交互能力也在不斷地提升，綜采工作面的工作速率也是越來越高。由于當(dāng)前的撤回工藝難以滿足新時(shí)代的新要求，進(jìn)而影響綜采工作面的采集效率，使得綜采效率難以得到進(jìn)一步的提升，因此。以晉能控股煤業(yè)集團(tuán)某礦3-1 煤層3401 綜采工作面在實(shí)際操作過程中的回撤為例，對于如何提高回撤效率進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

1 某礦3401 工作面概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)某礦，當(dāng)前開采的煤層種類多為3-1 煤層，基本參數(shù)如下：煤層的頂板包括9.4 m淺灰色的細(xì)粒砂巖為主的基本頂以及3.7 m 中細(xì)粒砂巖為主的直接頂；底板則主要為4.05 m 的直接底。根據(jù)采煤工作面頂板冒落的難易程度可將本礦確定為中等冒落性的頂板以及部分難冒落的堅(jiān)硬頂板。當(dāng)前該煤層作業(yè)機(jī)械化程度較高，因此可以采用全部垮落法的方式進(jìn)行作業(yè)，3401 綜采工作面主要參數(shù)如下：走向長度平均2400 m，傾向長度平均265 m，撤退時(shí)間應(yīng)當(dāng)和通道的貫通時(shí)間保持一致。開采面的具體作業(yè)設(shè)備及相關(guān)參數(shù)如下表1 所示。

表1 3-1 煤層3401 綜采工作面主要設(shè)備配套情況

2 3401 工作面回撤方案

2.1 回撤方法

2.1.1 總體方案

此類煤層的回撤方式通常為“單通道一雙向同撤”，也就是所謂的回撤通道以及支架提前布置完畢，在工作面接近通道時(shí)，在架后掛網(wǎng)，保障通道貫穿后及時(shí)回撤，在通道貫穿后，雙向同時(shí)回撤提高回撤效率?；爻贩绞降倪x取同相關(guān)器材的布置以及整個(gè)回撤過程的有序進(jìn)行都是密不可分的。因此我們根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際工作情況，采取單回撤通道、垛式支架支護(hù)、兩頭回撤的總體回撤方案，使用雙掩護(hù)架等手段進(jìn)行回撤輔助工作。

2.1.2 垛式支架支護(hù)

開采工作結(jié)束前，應(yīng)當(dāng)提前在通道內(nèi)進(jìn)行垛式支架的布置，并且相鄰支架間應(yīng)當(dāng)保持合理的距離，布置的過程中應(yīng)當(dāng)注意以下幾部分內(nèi)容：支架的布置不可對錨索布置產(chǎn)生影響；回撤通道的頂部和底部分別采用方木以及擋矸網(wǎng)的形式進(jìn)行保護(hù)，防止回撤通道受到破壞。

2.2 回撤過程

步驟一：工作面末采貫通后，首先進(jìn)行支架的回撤，采用柔性網(wǎng)同頂網(wǎng)相配合的方式，只需要一排垛式支架立刻完成支護(hù)工作，因此可以將第一排支架撤出，應(yīng)當(dāng)注意將工作面煤渣及時(shí)進(jìn)行清理，避免對回撤工作產(chǎn)生影響。

步驟二：保證回撤通道暢通的前提下，將開采和運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行撤回，撤回完畢后可以對支架進(jìn)行撤回，支架的撤回過程中應(yīng)當(dāng)控制支架和煤壁之間的距離，避免支架的回撤過程受到阻礙，按照相關(guān)指標(biāo)，二者間的距離不得小于4.3 m。

步驟三：首先將中間支架77 號撤出，然后采用木垛的方式在原有位置進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，保證夸度限制在合理范圍內(nèi)，保證支架的撤出過程順利。隨后將78 號和76 號兩個(gè)支架進(jìn)行鏈接，通過絞車控制二者的位置，保證二者的距離在一定范圍內(nèi)，完成后升起支架，從而形成一頭雙掩護(hù)架，保證掩護(hù)過程能夠滿足既定要求。另一端也采用這種的方式進(jìn)行，具體結(jié)構(gòu)如下頁圖1 所示。

圖1 支架回撤過程示意圖

步驟四：支架回撤使用“抽芯”方式，在保證掩護(hù)支架成型的前提下，依次進(jìn)行支架的回撤。使用絞車掉向，木垛臨時(shí)支護(hù)，使用廢舊圓木完成支護(hù)工作；保證掩護(hù)架隨著回撤過程的進(jìn)行處于合理的位置。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，循環(huán)使用這一方式依次回撤。

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

上述回撤方式的進(jìn)程會受到工作面末采貫通質(zhì)量的影響。一旦貫通質(zhì)量未能滿足實(shí)際需求，頂?shù)装瀹a(chǎn)生臺階式切頂，進(jìn)而使得頂板的跨度超過實(shí)際需求，支架難以維持支持作用，整體的回撤工作的質(zhì)量可能會受到較大的影響。所以在實(shí)際作業(yè)過程中，要想保證回撤工作的順利進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格回撤通道的施工質(zhì)量。在進(jìn)行實(shí)際作業(yè)前，首先進(jìn)行討論，施工方有關(guān)部門就施工策略中的回撤方案進(jìn)行分析，結(jié)合本次工程的實(shí)際情況，繪制施工作業(yè)圖以及相應(yīng)的工作參數(shù)，為施工作業(yè)打下良好的基礎(chǔ)，也為后續(xù)的工作起到了指導(dǎo)作用。

3.2 回撤通道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

應(yīng)當(dāng)保證設(shè)備的回撤過程都通過回車通道進(jìn)行。支護(hù)的效果對于跨度的控制以及頂板下沉量等參數(shù)的控制存在較大影響，因此應(yīng)當(dāng)采取一定的措施，保證回撤通道的支護(hù)效果。首先是對于頂板下沉的控制，頂板下沉量一旦超出合理范圍，就會導(dǎo)致設(shè)備難以順利通過回撤通道，根據(jù)此類工作面的實(shí)際情況，選取起底措施，保障回撤通道的順利工作。煤壁片幫的存在會對液壓支架的定位產(chǎn)生影響，并且破壞通道的工作環(huán)境，需要耗費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行清理，也可能會導(dǎo)致頂板巖層下沉現(xiàn)象的出現(xiàn)。所以，對于煤層片幫現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)，常見的方式包括頂板的加固以及幫部的強(qiáng)化。本項(xiàng)目中，根據(jù)施工環(huán)境的實(shí)際情況，對于回撤通道的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，包括材料的選取以及參數(shù)的優(yōu)化，具體如下：減少頂部錨索間排距，與此同時(shí)增大錨索直徑并且換成鋼絞線錨索，對于頂部起到強(qiáng)化固定的作用；幫部則使用“錨網(wǎng)+錨索+鋼帶”綜合的方式進(jìn)行支護(hù)，采用圓鋼錨桿和錨索交錯布置的方式使得結(jié)構(gòu)的剛度更大，根據(jù)實(shí)際情況選取BHW-2800-150-4 mm 型鋼帶，相鄰鋼帶采用交叉布置的形式，此外為了防止突發(fā)情況的出現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上設(shè)置了防護(hù)網(wǎng)，保證施工人員的工作安全，具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 3401 回撤通道支護(hù)平/斷面圖（單位：mm）

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)

為了保證設(shè)備能夠有序撤離，對于下沉量進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲瑧?yīng)當(dāng)引入木垛等設(shè)備進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，本工程選用150 mm×150 mm×1200 mm 方木矩形木垛，為了保證支撐的安全性，設(shè)置撐2 根廢舊圓木起到輔助支撐作用，具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 三角區(qū)臨時(shí)支護(hù)效果

3.3.2 三岔口抬棚支護(hù)

機(jī)頭以及機(jī)尾體積較大，因此回撤過程中在三岔口區(qū)域的通行可能受到阻礙，因此使用架設(shè)抬棚措施在回撤過程中起到臨時(shí)支護(hù)的作用，根據(jù)實(shí)際情況將支護(hù)方式擬定為工字鋼+單體聯(lián)合支護(hù)，具體結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 三岔口臺棚支護(hù)斷面（單位：mm）

3.3.3 掩護(hù)架+垛式支架臨時(shí)支護(hù)

完成上述回撤工作后，僅剩的一排垛式支架也可以進(jìn)行回撤。回撤的過程中應(yīng)當(dāng)注意，掩護(hù)架隨著回撤過程的進(jìn)行逐步前移，保證當(dāng)前回撤工作的順利進(jìn)行。

4 回撤效果分析

3401 綜采工作面液壓支架共155 臺，同回撤通道在同一天布置完畢。相關(guān)人員在支撐結(jié)構(gòu)布置完畢后，按照上述流程有序回撤開采設(shè)備，整個(gè)回撤過程總計(jì)耗時(shí)9.5 d。在此過程中，各個(gè)環(huán)節(jié)的回撤過程耗時(shí)分別如下：“三機(jī)”、設(shè)備列車及皮帶機(jī)耗時(shí)4.5 d，支架耗時(shí)5 d，在高效的回撤方案下，單日回撤設(shè)備超過了30 臺，整體的回撤任務(wù)相較于計(jì)劃提前了10 d，實(shí)現(xiàn)了既定的回撤目標(biāo)。

5 結(jié)論

1）末采貫通應(yīng)當(dāng)提前制定合理的方案，有關(guān)部門定期召開會議，對于回撤方案、當(dāng)前的進(jìn)度以及遇到的問題及時(shí)進(jìn)行解決，對于施工人員進(jìn)行技能培訓(xùn)。保證施工過程能夠依照計(jì)劃順利進(jìn)行，制定應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)對可能出現(xiàn)的突發(fā)情況。使用聯(lián)合支護(hù)的方式，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理性科學(xué)性。

2）工作面過度處盡量保持平緩，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的突然變化或者較大的載荷波動；應(yīng)當(dāng)重視頂部和幫部的支護(hù)強(qiáng)度，保證這兩個(gè)位置的支護(hù)效果，本工程采用錨網(wǎng)索+鋼帶聯(lián)合支護(hù)，鋼帶“十字”交叉，使得整體支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠滿足實(shí)際需求。

3）使用“抽芯”雙向回撤方式，使得回撤過程的效率有所提升；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行材料的選取，保證“三角區(qū)”的支護(hù)質(zhì)量，使得支架的回撤過程能夠順利進(jìn)行。