綜采工作面單通道快速回撤工藝實踐

馬小寧，霍軍鵬，喬重讓

(陜西陜北礦業韓家灣煤炭有限公司，陜西 榆林 719315)

0 引言

綜采工作面機械設備的順利回撤是工作面圓滿結束的標志[1-3]。隨著礦井機械化、智能化水平的不斷提升，綜采工作面的回采效率日益提高。以往綜采工作面回撤工藝已不能滿足目前綜采工作面高產、高效的需求，成為制約綜采工作面高效生產的一個關鍵的薄弱環節[4-7]。以韓家灣煤礦3-1煤層綜采工作面末采貫通階段設備回撤工程實踐經驗為案例，探討綜采工作面實現快速回撤工藝的具體實踐。

1 工程概況

韓家灣煤礦位于陜西省榆林市神木市大柳塔鎮境內，屬于典型的地表厚風積沙淺埋煤層，井田面積12.42 km2，目前主采3-1煤層，煤層平均厚度2.7 m。基本頂厚9.4 m，以淺灰色細粒砂巖為主，直接頂厚3.7 m，以中細粒砂巖為主，直接底厚4.05 m。頂底板巖性力學性質屬于中等冒落及難冒落型。3-1煤層工作面采用綜合機械化開采，全部垮落法管理頂板，工作面設計走向長度平均2 400 m，傾向長度平均265 m，工作面推采至與回撤通道貫通后開始回撤。工作面配套設備情況見表1。

表1 3-1煤綜采工作面主要設備配套情況

2 工作面回撤方案

2.1 回撤方法

2.1.1 總體方案

3-1煤層綜采工作面采用預掘“單通道-雙向同撤”的方式，即提前布置回撤通道，并在回撤通道內布置雙排ZZ12000/18/35型垛式支架，工作面末采至與回撤通道距離10 m時開始架后掛網，準備貫通回撤，工作面與回撤巷道貫通后，采用雙掩護架、雙向同步回撤的方式。工作面回撤工藝的選擇關系著設備回撤的作業分配，牽連著設備回撤、設備運輸及設備存放各個環節[8-9]。結合礦井現有勞動力，3-1煤綜采工作面在采用單回撤通道、垛式支架支護、兩頭回撤的總體部署下，采用了雙掩護架、“抽芯”撤架、絞車鋼絲繩拉運工藝。

2.1.2 垛式支架支護

工作面進入末采階段以后，在回撤通道內布置109臺垛式支架，雙排布置，垛架間距500 mm，垛式支架布置時避開頂部錨索，上部鋪設方木用以保護錨索，并在靠近開采煤壁側使用了擋矸網，杜絕了末采貫通期間片幫煤、工作面浮煤涌入回撤通道。

2.2 回撤過程

步驟一：工作面末采貫通后，將末采柔性網與回撤通道頂網每200 mm進行連接，網片連接完成后組織人員進行工作面煤渣清理，并將第1排垛式支架撤出工作面，剩余第2排垛式支架作為臨時支護，保證了工作面回撤通道頂板安全、通道暢通。

步驟二：回撤通道維護到位后，組織人員回撤工作面三機、設備列車及皮帶輸送機，以上設備回撤結束后將工作面液壓支架前移，保證支架前梁至回撤通道煤壁4.3 m，控制回撤通道跨度的前提下，給回撤支架留足調向距離。

步驟三：采用絞車鋼絲繩+滑輪將77#支架撤出后，在支架原位置打設木垛進行臨時支護，并將撤出支架直接拉運出工作面。再將78#支架撤出后調向，靠通道煤墻500 mm與通道平行放置作為掩護架。在78#架底座上掛一滑輪，絞車鋼絲繩繞過滑輪固定在76#架上，將76#架利用絞車撤出后調向，并使其前頂梁距78#架前頂梁800 mm，然后升起支架，形成一頭雙掩護架。用同種方式分別形成兩頭雙掩護架，如圖1所示。

圖1 支架回撤過程示意Fig.1 Support withdrawal process

步驟四：采用“抽芯”方式進行支架回撤，待回撤通道內掩護支架形成之后，開始回撤掩護架兩側支架。在掩護架底座上掛一個滑輪，絞車鋼絲繩繞過滑輪固定在被撤支架推移梁十字架上，此時開動絞車，采用邊牽引邊拉的方法抽架，直到被撤架底座超過相鄰架后，拆除掩護架底座滑輪。利用絞車掉向，掉向后及時升起支架并在原位置打木垛進行支護，并用廢舊圓木代替單體進行“三角區”臨時支護；并根據撤架區域與掩護架的距離，及時拉移掩護架。保證掩護架拉到位后，利用倒架絞車將支架運出工作面，利用同樣的方法，依次回撤剩余支架。當支架撤至順槽口剩余最后2臺支架時，先將掩護架撤出，在掩護架原位置及時打木垛、廢舊圓木進行支護，待支護完成后，利用絞車依次邁步拉移支架回撤出工作面，最后進行工作面剩余材料清理回收工作。

3 回撤安全保障措施

3.1 保證工作面末采貫通施工質量

采用預掘單通道回撤時，工作面末采貫通質量直接影響工作面回撤工藝、施工進度[10]。若貫通質量差，頂底板出現明顯臺階式切頂，將會直接導致頂板發生切落下沉、支架臥底等現象，嚴重制約著工作面整體回撤工作。因此，工作面末采貫通質量的嚴格把控將成為預掘單通道回撤通道順利進行工作面回撤的基本前提。在工作面末采前，成立了回撤專項工作小組，提前對3401回撤通道頂底板工況進行寫實，并繪制了具體寫實圖，將巷道頂底板、煤厚情況進行了詳細記錄，為工作面末采工作提供準確詳實的基礎技術資料。實踐證明，工作面末采貫通后，頂底板平緩過渡，均小于200 mm落差，貫通質量優。

3.2 回撤通道補強支護

回撤通道為工作面設備回撤的唯一通道。回撤通道的支護效果將直接影響工作面回撤期間頂板的下沉量、煤壁片幫程度。頂板下沉較大又將直接導致回撤通道高度不足，采取起底措施處理底板方可滿足支架運輸。煤壁較嚴重的片幫則影響工作面液壓支架拉移，也增加工人清理工作量，并且煤壁片幫嚴重又將導致頂板巖層的下沉。因此，加強回撤通道頂板和幫部的支護強度是保障工作面回撤工作順利實施的必要安全措施[11-12]。3401綜采工作面末采前，及時對回撤通道頂部、幫部支護設計進行了變更，調整了支護材料、支護參數，將頂部錨索間排距由2 m調整為1 m，錨索由φ17.8 mm×8000 mm變更為φ21.6 mm×8 000 mm鋼絞線錨索，間排距1 800 mm×1 000 mm；幫部支護采用了“錨網+錨索+鋼帶”聯合支護，幫部錨桿采用φ17.8 mm×3 000 mm圓鋼錨桿和錨索交錯布置，鋼帶采用BHW-2800-150-4 mm型，鋼帶“十字”交叉，加大了支護強度，并對補強支護錨索鋪設了防護網，防止托盤受壓脫落傷人，具體如圖2所示。

圖2 3401回撤通道支護平/斷面Fig.2 Support of 3401 withdrawal channel

3.3 回撤工作面臨時支護措施

3.3.1 木垛及圓木支護

每臺支架撤出后，為防止三角區頂板下沉，影響下一臺支架回撤工作，在撤出支架區域臨時打木垛、支撐圓木進行支護，木垛采用150 mm×150 mm×1 200 mm方木矩形打設，并在木垛外側支撐2根廢舊圓木進行補充支護，如圖3所示。

圖3 三角區臨時支護效果Fig.3 Effect of temporary support in triangle area

3.3.2 三岔口抬棚支護

為了保證工作面機頭、機尾三岔口大跨度區域頂板安全，保證回撤工作順利，在三岔口采用架設抬棚方式進行臨時支護，并根據工作面實際隨時調整支護方式。普遍采用工字鋼+單體聯合支護，如圖4所示。

圖4 三岔口臺棚支護斷面Fig.4 Section of three fork support

3.3.3 掩護架+垛式支架臨時支護

在工作面支架回撤期間，回撤通道內第1排垛式支架隨著支架回撤逐步撤出。掩護架緊跟前移，用于支撐回撤通道撤架區域頂板，為工作面回撤創造良好條件。

3.4 回撤效果分析

3401綜采工作面液壓支架共155臺，工作面末采回撤通道貫通后當班將通道清理完畢。隨后組織人員開始回撤三機、設備列車、膠運巷皮帶機及回撤巷第1排垛架，滯后進行液壓支架回撤工作，歷時9.5 d回撤完畢。其中，回撤三機、設備列車及皮帶機用時4.5 d，回撤支架用時5 d，平均單日回撤支架32臺，較工作面回撤計劃提前了10 d，并且在工作面設備回撤工作中沒有使用單體支柱，實現了工作面快速回撤、“0”單體使用率、材料回收率100%的工作目標。

4 結論

(1)末采貫通前應制定回撤方案，成立專項工作小組，統一調度指揮，合理安排回撤工程人員配置，對各環節作業人員進行技術培訓、檢修回撤設備，保證回撤貫通前各項準備工作完成就緒。堅持使用好“雙掩護架或多掩護架”工藝，保證回撤通道頂板完整性。

(2)保證工作面末采貫通階段工作面頂底板平緩過渡，無較大落差、起伏；加強回撤通道頂部、幫部支護強度；提高頂部、幫部支護密度以及確定合理的支護參數。例如：采取錨網索+鋼帶聯合支護，鋼帶“十字”交叉，提高支護聯動性，保證支護質量。

(3)采用從中部向兩側“抽芯”雙向回撤方式，提高回撤速率；充分利用廢舊材料代替單體等支護材料，及時對采空區“三角區”進行支護，為工作面支架回撤創造條件。