易自燃厚煤層綜放工作面快速搬遷技術*

劉岷學，王文星

(陜西長武亭南煤業有限責任公司，陜西 咸陽713500)

0 引 言

彬長礦區某煤礦的4#煤層為Ⅰ類易自燃的特厚煤層，采用綜采放頂煤方法開采。提高工作面搬遷速度，確保搬遷期間的安全對礦井安全正常生產和經濟效益都具有重要意義，因此一些礦井針對其工作面具體條件已經對如何實現快速搬遷問題進行了大量研究。由于下溝煤礦綜放開采的4#煤層的自燃發火期很短，一般為3 ～5 個月，最短只有27 d，因此工作面搬遷期間的防滅火問題非常突出。下溝煤礦綜放工作面要實現快速搬遷存在的主要問題有

1)工作面開采的4#煤層為Ⅰ類易自燃煤層，自然發火期短，工作面自然發火的危險程度高，工作面回撤期間的防滅火壓力很大;

2)由于礦井原設計生產能力小，因此礦井主要巷道的斷面小，致使目前先進的綜采工作面大型快速搬遷設備無法使用，只能采用自制的中小型的軌道運輸搬遷設備;

4)采用常規回撤設備進行回撤，運輸線路復雜，而且運輸距離長、運輸環節多、調向頻繁、工期長、勞動力浪費，運輸支架的車輛易發生掉軌事故，甚至發生倒車倒架事故，嚴重威脅人員安全。

以4403 綜放工作面為具體研究對象，采用理論分析和現場試驗方法對綜放工作面快速搬遷技術，特別是搬遷期間的防滅火技術進行了研究。研究布置了工作面專門回撤通道，并對專門回撤通道采取了高強度的“錨- 網- 帶”聯合支護技術;工作面搬遷中采用自主研發的雙軌四吊搬運機來運輸支架;采用注氮、黃泥灌漿、注射高分子膠體及頂板掛設風筒布堵漏風等綜合防滅火技術［1-4］。現場試驗表明，采用這些技術能保證下溝煤礦綜放工作面的順利快速搬遷。

1 試驗工作面基本條件

研究試驗快速搬遷技術的4403 綜放工作面位于下溝井田西翼，工作面的走向長度1 800 m，傾斜長度187 m，工作面南側為采空區、北側為接續工作面。

4403 綜放工作面要回撤的主要設備有:1 臺MG300/700 -WD 型采煤機、1 臺SZZ960/400 型轉載機、1 臺PLM2200 型破碎機、1 組TZ13000/23/34 型的端頭支架、6 付G9200/19/33H 型的過渡支架、117 付9200/18/33 型 的 基 本 支 架、2 臺SGZ800/800 型的刮板輸送機、SSJ1200/2* 315 型伸縮皮帶機1 部。

2 綜放工作面搬遷技術

2.1 回撤方案優化

方案一:采用常規的方法回撤，即采煤機、轉載機、破碎機沿回風巷→運輸巷→進風行人斜巷→泄水巷的線路回撤，液壓支架沿回風巷→404 軌道下山→綜放4404 回風巷→運料行人斜巷的線路進行回撤。

方案二:布置一條專用的回撤措施巷進行回撤，即采煤機、轉載機、破碎機回撤線路與方案一基本相同，而工作面支架則通過回撤措施巷→綜放4404 回風順槽來直接運出工作面。

通過分析對比不難發現:方案一的液壓支架運輸線路長，環節多，工期長;需要增加3 臺絞車，需要增加運輸人員12 人/班;支架調向頻繁，運架車輛極易出軌、倒車倒架，甚至發生事故，安全性相對較差。方案二可減少運輸環節，減少了需要的勞動力，但提前是必須施工15 m 的專用回撤措施巷，同時工作面的密閉工程量較大。綜合分析考慮，為了縮短回撤工期，防止搬遷期間發生自然發火災害，提高工作面搬遷的安全性，采用方案二進行回撤，回撤措施巷的布置方式如圖1 所示。

2.2 專用回撤巷道的施工工藝技術

專用回撤巷道的掘進斷面為:高度3.1 m，寬度4.0 m，巷道總長度約為187 m.

這個賽十娘還是不依不饒。我感覺她湊近了瞄我，就睜開眼瞪著她。她收起笑聲，一本正經地說：“哎，你莫說，他跟你還真有點兒像呢。”

當工作面推進至距停采線4 m 時，面內的液壓支架不再向前推移，脫開前溜上的推移桿，采用單體液壓支柱配合枕木來推移前溜，利用采煤機進行割煤，而形成回撤通道。

2.3 回撤巷道支護技術

專用的回撤巷道采用“錨-網-帶-索”聯合支護方式。回撤巷道采用左旋無縱筋螺紋鋼筋錨桿支護，錨桿直徑φ22 mm，桿體長度2.4 m，使用高強度自鎖螺母。錨索長度7.3 m，采用φ19. 6 mm，1 ×19 股的高強度低松弛預應力鋼絞線，使用調心球型墊板。要求錨桿的預緊扭矩應該達到400 N·m/根以上，錨索的張拉預緊力為200 ～250 kN/根［5-7］。專用的回撤巷道的“錨- 網- 帶-索”具體支護參數如圖2 所示。

2.4 快速搬遷工藝

1)設備回撤工作的順序。運輸巷:皮帶機和相關電氣設備→轉載機及破碎機→超前支護和軌道→泵站設備及電纜等;回風巷:前后刮板輸送機的機尾→后刮板輸送機和部分前刮板輸送機的溜槽→超前支護設備和軌道及絞車;專用回撤巷道和泄水巷:采煤機→部分前、后刮板輸送機→托纜槽→液壓支架;

圖1 搬遷措施巷道布置示意圖Fig.1 Roadway layout for the relocation

圖2 設備回撤通道支護方式示意圖(mm)Fig.2 Roadway support mode for the equipment remove(mm)

2)快速搬遷工作的勞動組織形式。所有回撤工作采用平行作業與交叉作業相結合的勞動組織形式，從三個回撤巷道里同時回撤設備;

3)采煤機回撤。施工好回撤巷道后，將采煤機開到工作面下出口附近，先進行解體，再使用液壓支架的前梁配合手動葫蘆進行起吊和裝車，然后再從泄水巷里運出來;

4)轉載機和破碎機回撤。先拆除面內的電纜和開關，然后再依次對破碎機及轉載機進行解體，之后使用運輸巷里安設的20 T 回柱絞車進行起吊裝車，最后從進風斜巷里運出來。拆移刮板輸送機之前，需要先拆除工作面內的電纜、風管和水管，再進一步拆除前、后部刮板輸送機上的啞鈴銷子、齒軌、托纜槽等附件，然后再拆卸機頭、機尾的驅動裝置，最后用工作面端頭安裝的5 T 回柱絞車拉移溜槽，并裝車運出來;

5)回撤工作面的液壓支架。回撤液壓支架使工作面搬遷中的主體工作。面內液壓支架要需從機尾向機頭方向依次進行回撤。先利用回撤巷道內預先安設的32 T 回柱絞車，配合10 T 滑輪組將第123#液壓支架強拉至回撤巷道內，之后在工作面上端頭支設木垛進行加強支護，并需要預留好回風通道。采用相同方法將第122#，120#，121#支架依次拉至回撤巷道內。第122#，121#支架裝車外運時，第120#支架就作為掩護支架來支護頂板;支架回撤過程依次不斷向下前移。三角區的頂板需要采用2.5 m 單體液壓支柱配合1.0 m 鉸接頂梁進行支護，排距為1.5 m，間距為1.0 m;共布置4排單體液壓支柱，采用“先支后回、見五回一”的替換方式［8-10］。在回撤巷道靠煤壁一側需要支設木垛支護，以確保液壓支架回撤時的回風通道暢通。采用自行研制的雙軌四吊專用支架搬運車進行支架搬運，使用支架具有運送效率高、速度快、安全可靠的優點，實踐表明完全可以替代一般的專用液壓支架搬運車。自行研制的雙軌四吊車如圖3所示。

圖3 自行研制的雙軌四吊液壓搬運車Fig.3 Self-developed four-track vehicle

3 回撤期間的綜合防滅火關鍵措施

1)進行束管監測。在回風巷內，依次距停采線70，50，30，10，0 m(上隅角)處預埋束管監測點，在運輸巷內距停采線90，60，35 m 處預埋束管監測點，監測采空區標志氣體含量的變化情況;

2)進行開放式的注氮防火。在運輸巷和回風巷里，向后方的采空區預埋注氮管路，進行采空區注氮［11］，并且配合氮氣泡沫知道抑制遺煤自燃作用;

3)合理留設阻隔煤墻技術。在工作面推進至距停采線90 m 時開始調整工作面推進坡度，先采用6°坡度仰斜推采15 m，然后再水平推采30 m，再5°坡度俯斜推采17 m，最后水平推采至工作面的停采線處。在采空區內留設的阻隔煤墻能使黃泥灌漿漿液更好地停留在停采線附近的采空區氧化帶區域內［12］，并使采空區氧化帶內的大多數浮煤被泥漿所包裹;

4)在工作面運輸巷和回風巷內間隔一定距離設置綜合隔離墻。當工作面推進至距停采線50，30 及10 m 時，在工作面上隅角處，使用沙袋堆筑厚度2 ～3 m 的隔離墻，在墻內注射MCJ12 高分子膠體材料，形成沿工作面走向寬3 ～5 m，沿傾向長10 ～15 m 的隔離墻。當工作面推進至距停采線80，50 及20 m 時，在工作面下端頭運輸巷內注射MCJ12 高分子膠體，形成沿工作面走向寬3 ～5 m，沿傾向長10 ～15 m 的隔離墻。在隔離墻外側需要壓設沙袋墻。這樣，可以較好地解決由于工作面上下兩端頭采空區頂板垮落相對不夠充分而易于漏風的問題;

5)進行采空區黃泥灌漿。

4 結 論

1)設置專用的回撤措施巷道，并且優化液壓支架的運輸線路和環節，是實現工作面快速搬遷順利完成的重要技術措施;

2)采用高強度的“錨-網-帶-索”聯合支護方式支護回撤措施巷道，為設備回撤提供了安全保證，使用效果良好;

3)采用束管監測、注氮氣、合理留設阻隔煤墻來調整回采坡度、構制隔離墻、黃泥灌漿等綜合技術措施的防滅火效果良好;

4)自主研發的雙軌四吊支架搬運車的支架裝車、運輸方便，搬運速度快，使用效率高，完全可替代常規的大型專用支架搬運車。

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