充填液壓支架撤出技術的實踐

趙舜禹

（山西焦煤集團西山煤電官地礦，山西 太原 030000）

末采及撤支架期間壓力集中，引起煤壁片幫，頂板下沉，支架壓死，甚至冒頂。通過對官地礦11212超高水充填工作面回采期間的礦壓觀測得知，該煤層原巖應力高，巷道圍巖變形速度較快，底鼓嚴重，頂板下沉大。因此，采用錨網(wǎng)支護方式增加頂板圍巖自承能力，防止冒落，利用掩護支架保證撤架工作安全進行。

1 工作面概況

官地礦11212工作面井下標高-812～-721m，工作面西臨-760軌道大巷。東臨2223工作面，水文地質(zhì)條件簡單。工作面直接頂為4.25m的粉砂巖，老頂為5m的細砂巖，頂板屬于2類Ⅱ級頂板，煤層平均厚度4.5m，直接底為1.2m的粉砂巖。11212工作面走向長505.6m，推進長度455m，切眼101m，可采地質(zhì)儲量23.9萬t。工作面回采工藝為超高水材料充填回采法，平均采高4.3m，后退式回采。工作面采用整體式充填液壓支架支護頂板，液壓支架頂梁總長度約9.3m，前探梁伸平時支架支護頂板跨度為11.5m，底座長度4.8m，采用追機及時移架支護，煤壁片幫時超前支護，隨工作面向前推進。當支架達到充填距離后對支架后部充填工序進行操作，上下巷20m內(nèi)進行超前支護。

2 末采及撤支架期間施工技術

2.1 末采期間錨網(wǎng)支護

2.1.1 錨網(wǎng)支護位置

11212工作面末采期間，改變原有的上網(wǎng)上繩方式，為加強頂板管理采用了錨網(wǎng)支護的主動支護方式。工作面末采擴幫從停采線以里17m至停采線。對整個工作面頂板進行錨網(wǎng)支護。11212工作面開始錨網(wǎng)支護位置和停采線位置如圖1所示。到達錨網(wǎng)支護位置處，隨工作面推進對頂板進行錨網(wǎng)支護，直到擴幫線處。進入錨網(wǎng)支護位置調(diào)整工作面采高不低于4.0m。

圖1 1212工作面末采平面圖

2.1.2 支護方式

頂板支護均使用Φ22mm×2400mm螺紋鋼高強錨桿，每孔使用一卷S2360樹脂錨固劑和一卷Z2360樹脂錨固劑錨固，使用Φ12mm鋼筋梁，配合穹形鋼托盤、Φ6mm冷拔絲金屬網(wǎng)等，間排距800mm×800mm；頂板采用Φ21.8mm×8500mm、19股鋼絞線錨索加強支護，每孔分別使用S2360樹脂錨固劑一卷和Z2360樹脂錨固劑兩卷錨固，邁步交叉式布置，間排距1600mm ×1000mm，配合2.6m的14號槽鋼、木墊板等。

末采擴幫后煤壁支護采用20mm×2100mm全螺紋錨桿，每孔分別使用S2360和Z2360樹脂錨固劑各一卷錨固，使用Φ12mm鋼筋梁，配合鋼托盤和菱形金屬網(wǎng)等，間排距900mm×900mm：末采擴幫前先在11212出煤聯(lián)巷與運輸巷交叉口處絞車硐室巷中排1組木垛，木垛規(guī)格為2400mm×2400mm，采用兩邊見鋸的板梁排列，板梁厚度為160mm。具體位置見圖1所示。

2.2 移架平臺設計

為提高工作效率，降低回收成本，到井下現(xiàn)場分析支架撤出的過程及行走路線，測量空間尺寸，設計一種可以快速移架的裝置。如圖2所示。

圖2 移架平臺裝配示意圖

本移架裝置主要可以實現(xiàn)支架的整體移動、拐彎、上滑道的效果，不用外力作用，僅靠平臺本身千斤頂及支架推移桿伸縮，便可達到自移效果。該裝置結構簡單，可以拆卸，使用起來方便，效率高，省時，省力，省工。

該移架裝置自身設計多個懸掛點，便于支架推移桿懸掛，另外平臺上設置一根推移千斤頂，且有多處支點，用于支架的拐彎。支架在推移千斤頂?shù)淖饔孟?，依靠支點進行調(diào)頭。本平臺主體由四部分組成，可以自由拆卸、調(diào)節(jié)左右面，可適用于井下各種環(huán)境。分別對支架的抗壓性、抗扭性等進行計算校驗，確定平臺可以承受高水充填支架的整架重量。

傳統(tǒng)支架拆除工作一個班由8個人僅撤出一臺支架，使用移架平臺后，一個班4個人便可撤出兩臺支架，大大提高工作效率及安全系數(shù)。

2.3 工作面整架運輸校驗

撤架時工作面安裝2臺JM-14型絞車，絞車最大牽引力140kN。整架運輸時使用動滑輪機構，運輸長度101m，最大坡度為10°，使用鋼絲繩型號6×19S-28（直徑為28mm，最小破斷拉力530kN，重量q=2.83kg/m），每次運輸整架重48t。鋼絲繩最大靜張力計算公式為：

式中：

P-鋼絲繩最大靜張力，N；

w-載重質(zhì)量，kg；

α-斜坡中產(chǎn)生最大拉力處的傾角，取最大傾角10°；

f1-支架在軌道上運行時的阻力系數(shù)，整體滑道運輸取0.15；

q-鋼絲繩單位長度重量，kg/m：L-鋼絲繩長度，m；

β-平均坡度，（°）；

f2-鋼絲繩運行時阻力系數(shù)，取0.15。

一根鋼絲繩受到的最大靜張力P約為76.533kN，安全系數(shù)M=530/76.533≈6.93＞6.5，符合要求。絞車最大牽引力140kN大于絞車所受最大靜張力76.533kN，符合要求。

2.4 撤架工藝

2.4.1 原定撤架方案

11212工作面進入撤架階段，取消原來撤架后掛袋充填的方式，變更為撤架后排木垛漫灌充填，具體如下：撤出液壓支架后在原支架區(qū)域排木垛支護，每撤出2套支架后排木垛，三花眼布置，每撤出10架后在掩護支架后緊貼掩護支架排一組木垛，視頂板情況可適當增加木垛數(shù)量。木垛規(guī)格2600mm×2600mm，采用兩邊見鋸的板梁排列，板梁厚度為180mm。具體布置方式見圖3。要求木垛與巷道頂板接實，頂板不平處采用板坯墊平接頂，底板平整并接觸到堅硬底板，每層木垛用扒鉅扒牢。撤架后工作面建密閉墻，充填工作分批次完成。

圖3 原撤架方案示意圖

2.4.2 改進后撤架工藝

改進后撤架工藝：將7架支架拉出作為掩護支架，撤架后不再用木垛支護，使用移架平臺方便撤出支架。具體如下：

當充填支架頂梁距停采線5m位置時，進入撤架階段。5m的距離可以保證支架移動、調(diào)向旋轉(zhuǎn)的空間。將7架充填支架拉出，拆除支架后頂梁，并經(jīng)出架平臺調(diào)整方向后，自煤壁向采空區(qū)充填體方向布置。利用掩護支架保證出架空間的安全，連接支架推移和出架平臺。利用連接塊和40t大鏈將支架推移和鐵板連接，然后升抬底千斤頂，利用支架推移千斤頂將支架底座整體拉上移架平臺，通過收轉(zhuǎn)向千斤頂和絞車調(diào)整支架方向，用絞車把調(diào)整后的支架沿滑道運至支架解體硐室。隨后續(xù)支架撤出1～7支架及出架平臺向前移動。支架撤出要用單體配合時，送液必須用遠方操作，單體頂支架時，單體底座必須支撐在牢靠的地方，防止單體滑脫。圖4為改進后撤架工藝示意圖。

撤架后工作面充填方式不變，撤出10架后，在工作面和運輸巷口壘板墻密閉，密閉墻間使用超高水充填料漫灌充填接頂。之后每撤10架壘板墻密閉進行充填，要求充實接頂，待支架全部撤完后，在運料巷壘墻密閉，使用超高水充填料充填密實。

圖4 改進后撤架工藝示意圖

3 技術及經(jīng)濟效益分析

相對于以往超高水充填工作面末采時期上網(wǎng)上繩，撤支架空間采用排木垛支護及支架全部撤出后采用充填包高水充填的方式，11212超高水充填工作面頂板采取主動支護與被動支護相結合，錨網(wǎng)支護提高頂板整體性，采用掩護支架支護保證了工作人員的人身安全。充填支架每撤出15m距離對撤架空間進行一次高水漫灌充填，最終采空區(qū)頂板下沉量最大300mm，頂板完整不垮落。在經(jīng)濟效益方面，按照100m的工作面切眼來算，省去排木垛板梁費用36萬元、排木垛人工費用3萬元和充填包費用2.16萬元，共計41.16萬元。

4 結論

（1）末采時期頂板采用錨網(wǎng)支護增加了圍巖自承能力，提高頂板整體性，與高水充填的被動支護相結合有效控制了頂板下沉。

（2）采用掩護支架替代排木垛支護，增強了支護強度，既保證了出架人員的安全，又節(jié)省了排木垛所需的材料費和人工費。

（3）移架平臺使得支架的整體式轉(zhuǎn)移工作非常順利，提高了安全系數(shù)，降低了工人的勞動強度。