大采高智能化工作面閉采工藝及其安全管理措施

肖 曲，曹哲哲

(陜西黃陵二號煤礦有限公司，陜西 延安 727307)

0 引言

大采高工作面因其設備尺寸大、礦山壓力明顯、安全風險點多等因素[1-3]，閉采作業施工難度較大；另一方面，為實現高效安全閉采，陜西黃陵二號煤礦416智能化工作面閉采期間將智能化融入其中，對閉采施工提出了更高的要求。通過實踐，416大采高智能化工作面閉采突破部分技術和安全管理難題，取得了較為理想的效果。

1 工程概況

1.1 工作面概況

陜西黃陵二號煤礦有限公司416大采高智能化工作面所采煤層為侏羅系中統延安組2號煤層，煤層具有自燃傾向性，屬高瓦斯工作面。工作面范圍內煤層厚度5.6～5.8 m，一次采全高，煤層傾角0°～2°，平均0.5°，工作面長300.5 m，設計停采線為250 m，直接頂為細粒砂巖，厚度1.1～6 m，老頂為粉砂巖，厚度9～14.15 m，周期來壓步距約15.6 m，來壓顯現強烈。工作面布置ZY10800/28/63D型支撐掩護式液壓支架及配套端頭支架175臺，選用MG900/2210-GWD型電牽引采煤機往復割煤。

1.2 閉采工藝簡述

使用柔性聚酯纖維網隔絕頂部矸石，距停采線18 m時，將柔性聚酯纖維網網邊固定于頂板上，正常推采16.2 m至采空區冒落的矸石將網邊壓實，使柔性聚酯纖維網全斷面包圍液壓支架。隨后停止拉移支架，使用運輸機配合煤機擴刷4.1 m的回撤通道，擴刷期間使用錨網索支護通道頂板及煤幫，為工作面回撤奠定基礎[4-7]，閉采及回撤通道布置如圖1所示。

圖1 閉采及回撤通道布置圖

2 重點工藝及安全措施

2.1 重點工藝

實際停采位置的確定：保護煤柱的留設主要預防動壓對大巷造成破壞，設計停采線僅作為參考數值，工作面實際停采位置應根據周期來壓、頂底板情況、工程質量及其他實際情況調整[8-10]，以滿足閉采需要。根據二號煤礦經驗，416大采高工作面設計停采線300 m，但由于生產接續緊張，第一次將停采線調整至250 m，并提前對大巷進行加強支護。當推采臨近250 m線時，因未能有效避開周期來壓，第二次對停采位置進行微調，最終按照238 m停采位置實施，經后期觀測及采后評價，停采距離基本滿足大巷保護需求。

柔性聚酯纖維網的設計：①柔性聚酯纖維網的特點。柔性聚酯纖維網具有高強度、高延展性特點，近年來在各閉采工作面廣泛應用，網片設計尺寸、強度綜合需考慮工作面頂底板巖性、采高、重量、支架規格及回撤通道寬度等綜合因素;②柔性聚酯纖維網的選擇。416工作面液壓支架頂梁+掩護梁+掩護梁距地高度(閉采采高5 m)11.8 m，采空區壓網長度3 m，回撤通道4.1 m，故柔性聚酯纖維網最小寬度18.9 m，鑒于壓網時網片可能破損，需富裕一定量的網片以便網片破損后能繼續推采壓網，故本工作面網片寬度選22 m；416工作面寬度300.5 m，兩順槽總寬10 m，網長至少310.5 m，考慮推采過程中網片向中部緊縮及頂板不平網片消耗，按照314 m設計，由于網片過重，運網、展網等工序困難，采取兩張柔性網搭接使用的方式減輕單張網片重量，網片搭接4 m，最終本工作面選用兩張22 m×159 m的聚酯柔性網；③尺寸及鋼絲繩布置。因回撤期間采空區大塊煤矸對柔性聚酯纖維網沖擊力較大，為防止網片破損矸石竄出，沿柔性網緯向布置27道φ21.5 mm的鋼絲繩，增加柔性網強度，聚酯柔性纖維網尺寸及鋼絲繩布置如圖2所示。

圖2 聚酯柔性纖維網尺寸及鋼絲繩布置圖

閉采采高的確定：大采高工作面采高具有較大的可調性，但需兼顧采煤機通行最小高度、人員掛網作業難易程度、錨索施工時鉆機的伸縮高度等因素。416工作面正常推采期間平均采高5.8 m，采煤機頂面線高2.8 m，初期柔性網堆疊直徑約1 m，采煤機機面上方支架側護板最大厚度1.2 m，故采高至少保證在5 m，方能保證煤機正常穿梭。但此閉采高度高于鉆機最大支護高度，且對掛網作業帶來不便。為解決這一矛盾，416工作面采取“單向割煤、底部留臺”的作業方式降低作業困難程度，即掛網、支護作業前一循環，采煤機割頂不割底，底部留設0.9 m(采煤機一個截深)×1.6 m的煤臺，人員搭設腳手架作業，具體如圖3所示。

圖3 工作面留設臺階作業示意圖

智能化與閉采工藝的融合：液壓支架自動跟機作業可減少人員作業強度，且可靠程度高，416工作面閉采期間，二號煤礦將智能化與閉采工藝進行糅合，對電液控參數進行修改使之滿足閉采需要。①增大了支架自動降架高度。掛網后，柔性網鋪設在頂板上，適當增大降架高度防止頂梁刮扯網片，設置支架移架前降架時間不少于5 s，降架高度500 mm以上；②修改支架動作順序。正常推采時，液壓支架依次按照收護幫→降架→抬起架→移架→伸護幫的順序動作，閉采作業中，因使用臨架護幫板將柔性網提前挑起，需人工配合支架共同完成，其工藝如下：超前采煤機前滾筒3架使用手動絞盤將柔性網起吊至頂梁下(人工)→臨架伸護幫板將網片挑起(自動)→臨架伸護幫板將網片挑起(自動)→本架收護幫(自動)→本架降架(自動)→本架抬起架(自動)→本架移架(自動)→本架伸護幫(自動)→臨架收護幫板→滯后采煤機后滾筒3架使用手動絞盤將柔性網放下(人工)；③屏蔽自動推移運輸機功能。因部分施工環節需留設煤臺，屏蔽自動推移運輸機功能，防止損壞設備。

錨索施工順序優化：416工作面回撤通道頂板采用“錨網索”聯合支護，通道支護圖如圖4所示。由于“一梁兩索”需滯后一個步距方可張緊，為防止頂板離層后注錨困難，在本刀煤割過后，要求“一梁兩索”前部錨索必須施工完畢，待后部錨索施工完畢后即可張緊，提高注錨成功率。

圖4 416工作面回撤通道支護圖

2.2 安全措施

防滅火管理：由于2號煤層具有自燃傾向性，自然發火周期約55 d，閉采期間工作面推采速度放緩加之回撤周期較長，采空區可能出現自然發火，閉采前，距停采線500 m時在進回風巷向采空區各延伸一趟光纜監測采空區溫度分布，同時，采取在采空區噴灑阻化劑并增加架前及架間工業鹽的使用量，清理工作面浮煤，封堵上下隅角等措施，防止采空區自然發火。

頂板控制：閉采的安全順利實施直接取決于頂板完整性，若閉采掛網及停架前頂板切頂掉矸、離層，一方面人員進入機道作業，安全無法有效保證；另一方面，頂板離層，回撤通道支護困難，形成惡性循環。416工作面閉采前，收集了大量現場頂板數據，統計掌握周期來壓步距，并在頂板來壓后，立即實施掛網作業，將閉采放在兩次來壓間；另外，掛網及停架前，在部分切頂區域支架架間施工φ21.8 mm×6 300 mm錨索加強支護，有效控制頂板下沉離層，工作面閉采期間，未出現大面積的離層情況，保證人員作業安全和通道支護的順利完成。

片幫預防：通過分析全國同種閉采工藝的安全事故可知，82%的閉采安全事故主要發生于煤墻片幫傷人和停架后推移運輸機時的單體崩飛傷人。因閉采期間工作面斷面大，控頂距離成倍增加，礦壓顯現較為明顯，頂幫圍巖變形劇烈，但閉采期間仍需人員進入機道掛網及支護，突出特征為人員勞動密集，風險系數高，制定針對性的防片幫安全技術方案具有重要意義。二號煤礦根據自身特點，主要采取以下措施：①留設煤臺以減小下部煤幫壓力，降低上部煤墻片幫危害；②停架后，支架護幫板無法有效護幫，故在支架架間施工貼幫單體液壓支柱護幫；③分段作業，少割快打。為防止頂板空頂時間過長，回撤通道支護時，嚴格執行單次割煤不超過50架，待區段支護完畢后，方可繼續割煤進入下一支護循環，保證頂幫完整；④加強支架檢修，投入一定的人力、物力支架杜絕自降，防止后期支架自降導致頂板支護強度不足。

單體滑移預防：停架后，需將支架與運輸機分離，采用單體液壓支柱將運輸機推移一定步距，因支柱兩端無插銷固定，易側滑崩飛，此項作業安全隱患高，風險大。本次閉采作業中，特加工制作單體推移防滑裝置，該裝置為一套狀中空結構，一端與運輸機推移桿連接，另一端將單體卡緊，推移過程中，單體始終禁錮在內，與推移框架桿連為一體，閉采期間，未發生一起單體滑移的涉險事故，保證作業安全。

2.3 存在的主要問題及改進

掛網、吊網困難：416工作面使用的柔性網尺寸及卷入鋼絲繩的數量超過同類型工作面所使用的柔性網，聚酯柔性纖維網過重，掛網作業消耗過多人力、物力，且初期人工起吊網片困難，推采速度緩慢。加強閉采工程質量管理，可減少柔性網3 m富余長度和鋼絲繩數量，另外因回撤通道使用錨索支護，通道內頂板鋼絲繩承力較小，根據回撤期間現場觀測，柔性網強度可滿足要求，可取消敷設的鋼絲繩，416工作面回撤通道4.1 m，合計可減少鋼絲繩10根。

閉采期間工程質量波動：作為對閉采施工影響最大的因素，工作面工程質量對展網質量、頂幫完整情況等影響較大，間接影響施工安全和強度。本工作面閉采期間因調整工作面采高過于急切，致使工作面頂板切頂掉矸出現，導致后期工作面重新提高采高，頂板切頂，迫使施工補強錨索，增加了工程量。故在閉采作業前，必須加強工程質量管理，保證閉采期間工程質量平穩。

3 結語

閉采施工是一項系統工程，作業時間緊湊，各工序銜接緊密，工藝復雜，需綜合考慮各項影響因素方能有條不紊。416大采高智能化工作面閉采作業歷時10 d，取得了采高最大、質量最佳、周期較短的成績，可為后續推廣智能化的同類型工作面閉采作業提供經驗。