綜采工作面快速回撤技術及其應用

丁 佳，盧少帥

(陜西陜北礦業韓家灣煤炭有限公司，陜西 神木 719315)

0 引言

煤礦綜采工作面配套設備回撤是一項任務艱巨、工序繁瑣的系統工程，在綜采工作面進入末采階段，回撤通道受應力集中影響[1]，會出現頂板下沉、片幫嚴重等現象。因此，對回撤通道規避周期來壓、貫通工程質量、圍巖控制效果、安全回撤技術等方面要求較高，是礦井接續的后續保障，也是安全管理的難點和重點，能否安全高效撤出工作面所有設備對工作面接續意義重大。因此，綜采工作面進入末采階段，回撤通道圍巖控制是關鍵[2]。

工作面回采結束，均面臨綜采設備配套安全快速回撤的難題，如何解決在回撤通道圍巖控制、回撤工藝和技術革新等方面技術難題，提高回撤效率，保障安全作業[3-4]，一直以來是韓家灣煤炭有限公司在末采回撤工程技術探索的方向之一。以3401綜采工作面安全快速回撤為背景[5]，采取回撤通道聯合支護措施及其安全快速回撤施工法，該項技術對類似礦井回撤工作面回撤具有借鑒和指導作用。

1 工程概括

3401綜采工作面位于3-1煤東翼，其上部為2-2煤層三盤區2303及四盤區2401綜采采空區。其南部為3402準備工作面，西部為3-1煤東翼回風巷，東部為井田邊界。3401工作面走向長度265 m，傾斜長度2 353 m，可采面積629 905 m2。工作面煤層平均厚度為2.7 m，煤層結構簡單，傾角1.5°，屬于穩定煤層。巖層柱狀如圖1所示。

圖1 3401工作面巖層柱狀圖

2 回采工藝及礦壓監測分析

2.1 采煤方法及工藝

3401綜采工作面采用傾斜長壁后退式綜合機械化采煤，全部垮落法管理頂板。采用MG500/1130-AWD雙滾筒采煤機雙向割煤，采用端部斜切進刀方式。溜子彎曲段長度為21 m，采煤機全長為13 m，端部斜切進刀總長度為47 m。3401綜采工作面共布置155臺(ZY12000/18/33D型)支撐掩護式液壓支架支護工作面頂板，兩巷超前采用DW3.15型單體液壓支柱支護頂板。支架參數見表1。

表1 ZY12000/18/33D型液壓支架支護技術參數

2.2 礦壓監測分析

3401工作面通過采用綜采工作面頂板壓力在線式監測系統實時監測支架阻力數據，并對回采期間的特殊時段，對工作面的壓力、出水、推進度及采高等情況進行記錄，及時掌握工作面生產現狀。

3401工作面在15個工作周期內同一時間工作面上、中、下部支架工作阻力歷史數據，如圖2所示。

圖2 支架工作阻力數據分析曲線

通過上述頂板壓力監測數據分析，3401工作面在回采期間，平均周期來壓步距為17.9 m，平均周期來壓強度為29.4 MPa。在工作面剩余50 m時，通過采取停采讓壓的措施，一方面能合理規避頂板壓力，為后期剩余50 m推采緩解壓力；另一方面是頂板斷裂形成的導水裂縫將上覆巖層中的含水層疏干排放，極大地緩解了貫通后頂板淋水情況，為后期回撤工作提供便利條件。

3 回撤通道聯合支護措施

3.1 回撤通道聯合支護技術

根據韓家灣地質構造特征，在綜采工作面回撤通道頂部采用錨桿、網片、木托板、錨索加鋼帶聯合支護，幫部采用錨桿、網片、木托板聯合支護。回撤通道圍巖支護方案如圖3所示。

圖3 回撤通道圍巖支護方案

頂部支護方案：錨桿采用φ20 mm×2 200 mm圓鋼，錨桿托板采用蝶形托板加木托板，規格分別為150 mm×150 mm×8 mm和300 mm×200 mm×50 mm，間排距1 000 mm×900 mm；錨索采用φ17.8 mm×8 000 mm鋼絞線，錨索托板制作采用300 mm×300 mm×10 mm的Q235鋼板，錨索間排距1 800 mm×1 800 mm，3根/排，每排錨索與BHW-4000-250-4型鋼帶配套使用；距幫450 mm單列布置一排錨索，間距為1 800 mm；錨固劑均采用CK3540型樹脂錨固劑；網片采用鐵絲網片，規格為6 700 mm×2 000 mm，網目為40 mm×40 mm。

幫部支護方案：錨桿采用φ16 mm×1 800 mm圓鋼錨桿，錨桿托板采用蝶形托板加木托板，規格分別為150 mm×150 mm×8 mm和300 mm×200 mm×50 mm；網片采用鐵絲網片，規格為2 000 mm×2 200 mm(寬×高)，網目為40 mm×40 mm。

聯排垛式支架布置方式：垛式支架采用雙排布置法如圖4所示，第1排垛架間距為500 mm，距回風巷側煤壁300 mm；第2排垛架間距為1 000 mm，距工作面側煤壁500 mm，第1排兩排垛架架間距為500 mm；垛架與頂板之間墊設2根1 m長方形道木，方木規格為150 mm×150 mm×1 200 mm或2 400 mm。為保護錨索不被破壞，在支架上部墊方木2根。該方法很好地控制了頂板來壓，回撤時更加容易組織施工，同時提高了安全性。

圖4 回撤通道垛式支架布置圖

回撤通道補強支護方案：頂部補強支護參數采用單點錨索進行支護，共打3根(以現場標定為準)，錨索規格φ21.6 mm×6 000 mm，錨索托盤300 mm×300 mm×10 mm蝶形，樹脂藥卷CK2360型，錨索外漏150～250 mm。幫部補強支護參數錨索15.24 mm×3 000 mm+H梁+W鋼帶，間排距2 800 mm×1 500 mm；錨索托盤300 mm×300 mm×10 mm蝶形，樹脂藥卷CK2360型；縱向增加H梁，橫向增加W鋼帶，“井”字式鋪設。

回撤巷頂部對支護錨索掛防護網，防止回撤期間錨索托盤及鎖具因頂板壓力掉落傷人。防護網采用條帶式柔性網，網片規格為0.5 m×10 m，防護網沿錨索縱向鋪設，錨索外露部分要穿過柔性網孔，柔性網片與頂板鐵絲網采用細扎絲綁扎，連網間距300 mm，網片縱向搭接深度為100 mm，共鋪設3排網片。補強支護效果如圖5所示。

圖5 回撤通道補強支護效果

3.2 設高強度聚酯纖維密度柔性網片

3401綜采工作面推采至掛網支護位置時，使用規格為270 m×12 m的礦用高強度聚酯纖維網片，該網片在回撤期間能夠起到很好的擋矸作用，特別是對回撤三角區內的漏矸有一定的阻擋作用。

工作面煤壁推采至上網線后，提前準備卡箍、手動絞盤及定滑輪安裝在液壓支架上，其中卡箍、手動絞盤安裝在支架立柱上，定滑輪安裝在液壓支架的起重環上，每隔5架，指派專人配合綜采隊人員在推采貫通前，介入收放網環節中，防止煤機割破損壞柔性網。

在上柔性網期間，待周期來壓過后，站位機道內支護錨桿上固定環時，一是及時處理幫部片幫煤并做好護幫的安全防護工作；二是準備支護設備時，推薦可采用風動錨桿鉆機，有輕便靈活，支護速度快、效率高等特點；三是在進入貫通環節后，待第1排垛架撤出后，及時將網片末端連接在回撤通道頂板處，并做好綁扎工作。

3.3 綜采面推采機道與回撤通道實現精準貫通

綜采工作面機道與回撤通道貫通質量在一定程度上會影響到撤架效率，若局部高差較大，在回撤支架階段，需要起底處理底板，同時貫通口頂板落差較大也不利于現場安全管理工作。故在掛網工序完成后，開始推采工作面期間始終沿煤層底板進行推采，安排專人現場進行工作面寫實，并把每次寫實的技術參數輸入計算機內進行分析及預測，特別是遇見起伏較大的坡段，要實測現場通道高差情況。嚴格控制推采高度，確保推采工作面與回撤通道貫通后保持頂底板在一個平面上。同時當工作面推采剩余5 m時，指派富有現場經驗的煤機司機親自操作，及時調整走刀誤差，實現精準貫通。此次3401綜采工作面全長265 m，貫通難度較大，經過現場寫實及技術分析，采煤工作面與回撤通道頂底板誤差幾乎不超100 mm。工作面末采機道高度示意，如圖6所示。

圖6 工作面末采機道高度示意

4 安全高效快速回撤方法

4.1 “提前介入四步流程”施工法

做好回撤通道頂板、幫部及交叉口補強支護后，提前安排施工人員進駐綜采工作面，①了解綜采所有回撤設備的工況情況，對初撐力不足的支架進行定位跟蹤記錄；②當推采剩余15 m后，提前介入機頭機尾傳動部、運輸部、轉載部等區域的固定螺絲，采取涂抹松動劑等措施，對銹蝕的螺栓進行松動處理，為后期拆解提供便利條件；③進入末采掛網階段后，每班派駐4名支架工參與工作面推采，并做好收放網的相關工作；④回撤前對所需的特種車及相關輔助工器具進行加工和完善。

4.2 “三組交叉兩同步”施工法

三組交叉：由于綜采工作面設備回撤后部分設備需升井檢修，部分設備用于新安裝工作面，因此對回撤工程采用分組分段、交叉作業的方法，推進工程整體進度。分為3個回撤小組，第1組負責設備列車、轉載機、破碎機、自移機尾、刮板運輸機、超前支護單體支柱、單軌吊、高壓電纜、高壓膠管、膠帶運輸機的回撤；第2組負責液壓支架及垛式支架的回撤；第3組為運輸組，負責運輸所有設備。

兩同步：回撤設備列車及高壓電纜→回撤單軌吊→回撤轉載機、破碎機、自移機尾→回撤刮板運輸機→回撤采煤機→回撤第2排垛式支架→布置回撤絞車→采用“雙頭”回撤法，形成掩護架→回撤液壓支架與第1排垛式支架(同步進行)。

4.3 支架快速回撤過程

根據工作面的現場情況，初步定于78#架處斷開，由中部向機頭、機尾方向利用雙掩護支架配合絞車回撤。首先回撤77#架，倒運出工作面，然后利用76#架和78#架形成機頭雙掩護架。待機頭掩護架形成后，利用同樣的方法回撤80#架，利用79#架與81#架形成機尾雙掩護架。待機頭、機尾掩護架形成后，依次回撤剩余液壓支架。如圖7所示。

圖7 回撤工作面支架布置示意

5 回撤工作實施效果分析

5.1 回撤工期及其人員管理

3401綜采工作面全長265 m，需要回撤155臺液壓支架、109臺垛式支架、轉載機、破碎機、刮板輸送機、順槽膠帶輸送機、所有監測控制系統、設備列車及纜線等，總用時9.5 d，正式撤架共用時5 d，日平均回撤31臺，單日最高回撤支架記錄36臺，創歷史新高。

參與此次3401回撤工程共計68人，其中介入支架回撤，協調外部支援15人，劃分3個班組，按照機頭段、機尾段、順槽段區域，將班組施工人員化整為零，投入人員占比較少，工效較高。

5.2 材料消耗及其經濟效益分析

3401回撤實際消耗1.2 m道木6102根，廢舊圓木200根。回撤前綜采隊移交3.15 m單體36根，回收36根，回收率100%，柱靴、柱帽及保險帶全部回收，此次回撤中未出現設備配件遺漏丟失現象，利用廢舊圓木替換回撤三角區域單體，較同期相比，節省單體30根，約7萬余元。降低了材料消耗，消除了三角區冒頂傷人的重大安全隱患。

此次擬定回撤工期為20 d，僅耗時9.5 d完成所有回撤任務，按照公司內部結算單價，此次回撤創造產值共計700萬元，人均產值10萬余元。

6 結論

(1)在線監測系統實時監測工作面支架阻力，平均周期來壓步距為17.9 m，來壓強度為29.4 MPa，現場在回采距離貫通剩余50 m時，通過人為技術干預，經停采等待周期來壓后，上覆巖層頂板斷裂，待壓力穩定后，再實行推采。

(2)根據韓家灣地質構造特征，在綜采工作面回撤通道頂部采用錨桿、網片、木托板、錨索加鋼帶聯合支護，幫部采用錨桿、網片、木托板聯合支護。3401綜采工作面全長265 m，貫通難度較大，經過現場技術分析，采煤工作面與回撤通道頂底板誤差幾乎不超過100 mm。

(3)采取“提前介入四步流程”施工法和“三組交叉兩同步”施工方法能夠安全高效地實施快速回撤工作，經濟效益顯著。