特殊地質條件下大采高工作面即時撤架方法探討

趙建國

摘 要：將以往的提前掘撤架通道改為了末采直接做撤架通道，并通過分析大采高綜采工作面的全過程礦壓觀測和撤架過程，總結了大采高工作面末采直接做撤架通道的施工方法和經驗。

關鍵詞：大采高；末采；地質構造；開采工作面

中圖分類號：TD355 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.005

趙莊礦地質條件復雜、構造多、變化快，提前掘出撤架通道不一定能保證通道內無構造，一旦出現構造，則在工作面末采時就不能很好地與撤架通道對接。而直接做撤架通道時，能根據構造的具體情況和頂板壓力變化規律，靈活掌握末采的時間、位置，避免大斷層對末采造成影響。這樣可解決地質條件復雜的大采高工作面回采、末采和搬家難的問題。

1 3306工作面末采前的地質情況

圖1 3306工作面平面布置示意圖

根據地質部門提供的3306工作面構造影響情況，當工作面推進至距原設計撤架通道180 m處揭露一斷層時，斷層斷距為2～3.3 m。此斷層一直延續至原設計撤架通道，在此段斷層的影響區域內賦存薄煤區，煤層頂部夾矸連續存在，從機頭向機

尾夾矸逐漸變厚，且隨著工作面逐步向前推進至斷層附近時，機尾側的夾矸厚度達到4 m左右，夾矸巖性為砂質泥巖。當頂部夾矸的厚度較薄時，隨著工作面回采，夾矸隨采隨落。3306工作面平面布置示意圖如圖1所示。

2 工作面主要設備使用情況說明

3306工作面采用大采高綜合機械化采煤方法，所使用的設備為：液壓支架為ZY12000/28/62；采煤機為SL-500；刮板運輸機為SGZ-1000/1400；轉載機為SZZ-1200/315；破碎機為PGM-250；皮帶機為SSJ-140/250/3*400.

3 施工方法

3.1 支護

從工作面開始末采上網到支架停止前移的末采階段與以往正常末采的過程相同（只有聯網密度增加了1倍、一道網絲的間距由100 mm改為50 mm）。需要說明的是，定架的前一循環在架間打鎖口錨索支護頂板。打錨索之前，伸出頂梁伸縮梁，及時打出一、二級護幫板護幫，并人工搭設作業平臺。如果出現片幫處，護幫板無法護幫時，則應在護幫板下支設單體柱加強支護，并在架間打錨索支護頂板，鎖口錨索支護結束后，進行最后一次移架。支架定位后，要求底板平整，且將浮煤清理干凈。護幫板打出，每架支架頂梁下支設2根單體柱，以增加對頂板的支撐力（特殊情況下，每架頂梁下可支設4根單體柱）。具體如圖2和圖3所示。

圖2 工作面炮掘通道前煤幫不片幫狀態示意圖

圖3 工作面炮掘通道前煤幫片幫狀態支護示意圖

3.2 上部撤架通道的形成與支護

施工時，采用了分臺階、分頭炮掘和人工清煤的方式。分臺階是指先炮掘上部煤，高度要求為2.5 m，寬度要求為3.893 m；分頭是多點同時施工。具體如圖4和圖5所示。

圖4 工作面炮掘通道未掃底煤前理想狀態頂幫支護示意圖

圖5 工作面掏硐炮掘開口施工圖

3.3 下部通道施工

上部通道形成后開始使用機組割下部煤，割煤結束后，將巷幫進行支護完成整個通道的施工。工作面撤架通道如圖6所示。

4 確定停采位置

確定停采位置時，應注意以下2點：①認真分析礦壓規律，切實掌握來壓步距；②認真組織實施，將停采位置選定在穩壓區內。

具體操作為：根據周期來壓步距確定預停采位置，并掌握最后一次頂板來壓，待壓力釋放后，向前推采2～4 m，使支架和機道頂板恰好處于穩壓區內。

圖6 工作面撤架通道示意圖

5 全過程礦壓觀測

為了了解撤架通道礦壓顯現規律，工作面距停采剩余97 m時，開始重點對工作面支架壓力數據進行全面的采集分析，并對撤架通道施工過程中通道和巷道變形量等礦壓變化情況進行觀測。

5.1 支架工作阻力觀測

5.1.1 支架工作阻力的變化情況

根據礦用數字壓力計采集的數據曲線圖分析，工作面內的大部分支架、未施工撤架通道的工作阻力基本保持在額定工作阻力的范圍內，掘進撤架通道第三排的壓力開始增大，30～80#架達到額定工作阻力，安全閥頻繁卸壓；撤架通道貫通后，10～90#架達到額定工作阻力，安全閥頻繁卸壓。

此外，工作面中部支架的工作阻力數值偏高。工作面內總共10個測點，其中，最大工作阻力為14 569 kN，超出額定工作阻力的121%；整個工作面支架的平均工作阻力為8 892 kN，占額定工作阻力的74%.整個工作面支架的工作阻力主要分布在5 270～11 860 kN之間，在額定工作阻力的范圍內。

5.1.2 施工期間阻力的變化情況

在撤架通道施工期間，工作面向前掘進至第三排后，整個工作面支架的工作阻力基本達到額定工作阻力（12 000 kN），最大工作阻力為13 062 kN，占額定工作阻力的108%，平均工作阻力為10 801 kN。30～89#架的安全閥全部開啟，持續時間為13 d；撤架通道建成后，工作阻力有所下降，均保持在9 545～11 806 kN之間。由此可見，頂板來壓強烈，導致頂板離層，但可控制頂板大幅下沉的現象。如果不實施強力聯合支護措施，則支架難以控制頂板。

5.2 工作面支架活柱下縮量觀測

工作面支架最大活柱下縮量為：65#架左柱為190 mm；60#架右柱為167 mm；32#架左柱32 mm、右柱27 mm，屬于本工作面中最小的；每日平均的活柱下縮量為12.7 mm；每日最大活柱下縮量為38 mm；整個工作面平均活柱下縮量為107 mm；活柱下縮量在110～175 mm的主要集中在35～85#架。由此可見，直接做撤架通道期間，支架活柱下縮量的變化微弱，進而可控制頂板下沉。具體如表1所示。

30#架 40#架 50#架 60#架 70#架 80#架

左柱 下縮量 右柱 下縮量 左柱 下縮量 右柱 下縮量 左柱 下縮量 右柱 下縮量 左柱 下縮量 右柱 下縮量 左柱 下縮量 右柱 下縮量 左柱 下縮量 右柱 下縮量

1 830 1 830 1 505 1 510 1 525 1 530 1 735 1 742 1 867 1 877 1 985 1 985

1 817 13 1 821 9 1 497 8 1 492 18 1 507 18 1 513 17 1 728 7 1 724 18 1 867 0 1 857 20 1 973 12 1 970 15

1 805 25 1 815 15 1 475 30 1 460 50 1 485 40 1 490 40 1 710 25 1 705 37 1 850 17 1 840 37 1 960 25 1 955 30

1 809 21 1 805 25 1 463 42 1 449 61 1 471 54 1 464 66 1 685 50 1 677 65 1 833 34 1 823 54 1 941 44 1 944 41

1 797 33 1 795 35 1 451 54 1 435 75 1 455 70 1 450 80 1 670 65 1 670 72 1 820 47 1 805 72 1 930 55 1 925 60

1 796 34 1 794 36 1 452 53 1 435 75 1 454 71 1 448 82 1 669 66 1 697 45 1 821 46 1 793 84 1 928 57 1 923 62

1 789 41 1 787 43 1 340 165 1 420 90 1 418 107 1 418 112 1 644 91 1 675 67 1 784 83 1 763 114 1 890 95 1 895 90

1 790 40 1 785 45 1 410 95 1 400 110 1 410 115 1 405 125 1 628 107 1 620 122 1 775 92 1 760 117 1 885 100 1 885 100

1 788 42 1 784 46 1 401 104 1 380 130 1 400 125 1 386 144 1 626 109 1 620 122 1 776 91 1 747 130 1 875 110 1 867 118

1 784 46 1 783 47 1 374 131 1 370 140 1 381 144 1 376 154 1 596 139 1 587 155 1 741 126 1 729 148 1 854 131 1 862 123

1 784 46 1 782 48 1 381 124 1 364 146 1 378 147 1 375 155 1 595 140 1 586 156 1 738 129 1 726 151 1 854 131 1 861 124

5.3 撤架通道錨索受力觀測

5.3.1 4#、44#、69#架的受力觀測

4#架處1號點23.2 T（28 MPa），2號點壞，3號點26.6 T（32 MPa）；44#架處1號點25 T（30 MPa），2號點28.2 T（34 MPa），3號點壞；69#架處1號點26.6 T（32 MPa），2號點26.6 T（32 MPa），3號點24.1 T（29 MPa）。頂部錨索最大受力為28.2 T（34 MPa），最小為23.2 T（28 MPa），平均受力為25.8 T（31 MPa），錨索最大增阻為1.6 T（1.9 MPa）。上述錨索受力均在額定工作阻力范圍內。

5.3.2 20#、37#、51#、80#、104#架的受力觀測

20#架處1號點24.9 T（30 MPa），2號點14.9 T（18 MPa）；37#架處1號點14.9 T（18 MPa），2號點13.3 T（16 MPa ）；51#架處1號點壞，2號點26.6 T（32 MPa）；80#架處1號點28.2 T（34 MPa），2號點14.9 T（18 MPa），3號點19.9 T（24 MPa）；104#架處1號點14.9 T（18 MPa），2號點14.9 T（18 MPa）。幫部錨索最大受力為28.2 T（34 MPa），最小為13.3 T（16 MPa），平均受力為18.74 T（22.5 MPa），錨索最大增阻為1.9 T（2.3 MPa）。上述錨索受力均在額定工作阻力范圍內。

5.4 頂板離層儀觀測

撤架通道采用3個點的頂板離層儀進行觀測，基點分別設在9.2 m、7 m和3 m的位置。頂板離層儀分別安設在7#、15#、22#、31#、39#、47#、55#、62#、70#、78#、86#、97#和103#支架處。頂板離層儀最大下沉處為62#支架處頂板離層儀深部，下沉15 mm，中部下沉38 mm，淺部下沉40 mm。其他離層儀的3點均在20 mm的范圍內。因此，頂板下沉量均在安全、穩定、可靠的范圍內。由于頂板離層儀的安裝位置距通道幫較近，支架頂梁基本處于無支護狀態的頂板下，所以，頂板離層儀的觀測結果與支架活柱下縮的觀測結果存在一定的差異。

5.5 順槽超前支護段觀測

33061巷1#斷面距工作面30 m兩幫的移近量為210 mm，頂、底板的移近量為470 mm；2#斷面距工作面25 m兩幫的移近量為140 mm，頂、底板的移近量為425 mm；3#斷面距工作面20 m兩幫的移近量為160 mm，頂、底板的移近量為415 mm；4#斷面距工作面15 m兩幫的移近量為345 mm，頂、底板的移近量為210 mm。

33063巷1#表面位移斷面距工作面26 m兩幫的移近量為106 mm，頂、底板的移近量為150 mm，其中，每天頂、底板的最大移近量為80 mm；2#表面位移斷面距工作面21 m兩幫的移近量為113 mm，頂、底板的移近量為415 mm，其中，每天頂、底板的最大移近量為143 mm；3#表面位移斷面距工作面16 m兩幫的移近量為170 mm，頂、底板的移近量為275 mm，其中，每天頂、底板的最大移近量為70 mm；4#表面位移斷面距工作面14 m兩幫的最大移近量為215 mm，頂、底板的最大移近量為240 mm，其中，每天頂、底板的最大移近量為25 mm。巷道兩幫移近量、總體收縮量比較穩定，每天最大的移近量為26 mm。具體如圖7、圖8、圖9和圖10所示。

圖7 33063巷1#斷面位移曲線圖 圖8 33063巷2#斷面位移曲線圖

圖9 33063巷3#斷面位移曲線圖 圖10 33063巷4#斷面位移曲線圖

5.6 結論

3306大采高工作面現做撤架通道期間，6.2 m大采高支架工作阻力能夠滿足直接做撤架通道的生產要求；支架活柱下縮量變化微弱，能夠控制頂板下沉；直接做撤架通道期間，錨索受力均在額定的工作阻力范圍內；直接做撤架通道期間，頂板離層儀下沉數值處于穩定、安全的范圍內。

綜上所述，3306大采高工作面末采直接做撤架通道的支護設計能夠滿足施工要求。

6 撤架通道效果分析和建議

6.1 通道的寬度分析

撤架通道設計寬度為頂梁（收縮狀態）前端至通道幫的距離為4.5 m，支架底座距通道幫部的最大距離為6.9 m（幫部從底板向上2.5 m以上的幫）。在通道施工結束后，80#架至機尾段基本滿足設計要求，80#架至機頭段寬度多在4.2 m左右。

在回撤支架時，三角區頂板跟隨較緊，需及時維護。因此，80#架往前的支架可向外直線拖拽4.0 m。此時，支架尾部1.4 m的長度仍在工作面正常支架底座前沿的后方。在調節支架的方向時，三角區靠外側木垛還需滯后1個木垛的空間，但必須對該空間采用單體柱配合板梁的形式臨時支護。在3306工作面撤架過程中，通過對現場寬度的實踐證明，支架頂梁向前至通道幫4.2 m的距離時，仍然能滿足6.2 m支架正常撤架時所需的通道寬度要求。因此，筆者建議工作面撤架通道的寬度應為4.2 m，最小不得低于4.0 m。

6.2 撤架通道的高度分析

3306工作面停架后工作面高度普遍較高，可達4.8 m左右。雖然運輸狀況良好，但在撤架過程中，三角區網包的下拖量較大，導致頂板管理相對困難。由于抽架時三角區網包下沉快，且下沉量大，加之三角區外側木垛的支設高度為2.3～2.5 m，而網包下沉臺階可達2 m以上，導致網包易形成向側面鼓肚的現象，尤其在老塘側掩護架降架前移時，頂梁側面易劃破網包，造成破網漏矸，進而影響人員和設備的安全。漏矸嚴重時，將會造成重大事故。因此，筆者建議，在工作面末采時，如果煤層厚度在4.2～4.6 m之間，則可沿頂底板末采做通道；如果煤層厚度<4.2 m，則可沿頂割底補足至4.2 m；如果煤層厚度在4.6～5.0 m之間，則可沿頂留底煤施工，采高提前調整到位，從末采上網第一個循環開始，直至支架停架采高保持在4.2～4.5 m之間，支架停架后，底座向前至通道幫部的高度，可提前控制見頂、見底，通道結束后，無需大面積鋪底；如果煤層厚度>5 m，則沿頂留底煤進行末采施工通道，高度控制在4.2 m，通道結束后，應考慮硬化底板。

6.3 頂板支護強度

從撤架的過程看，通道內頂板支護的強度相對較大，凡采取了頂板支護的區域，基本沒有出現直接垮落。由此可以看出，通道內頂板支護的強度可滿足標準要求。

〔編輯：張思楠〕