綜采工作面回撤通道快速施工技術(shù)的應(yīng)用研究

于軍利

（沁和能源集團(tuán)有限公司永紅煤礦，山西晉城 048000）

1 工程概況

沁和能源集團(tuán)有限公司永紅煤礦位于晉城市沁水縣東南部沁水縣城東南直距35km的嘉峰鎮(zhèn)南，生產(chǎn)能力1200kt/a。永紅煤礦3507綜放工作面主要開采煤層為3#煤，工作面走向長度2039m，傾斜長度209.3m，煤層平均厚度5.94m，煤層平均傾角5°。3#煤層含泥巖或炭質(zhì)泥巖夾矸0～3 層，一般1～2 層，夾矸單層厚度0.01～0.6m，以距底板1.00m左右的一層炭質(zhì)泥巖夾矸較為穩(wěn)定，厚度0.02～0.56m，應(yīng)屬結(jié)構(gòu)簡單—較簡單煤層。煤層穩(wěn)定性變異系數(shù)r＝5.93%＜30%，煤層的可采性指數(shù)Km＝1＞0.95，為穩(wěn)定可采厚煤層。煤層偽頂為泥巖，直接頂為泥巖或粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，厚度2.56～8.24m，老頂為砂質(zhì)泥巖或中細(xì)砂巖，厚度0～5.55m，平均4.24m，底板為泥巖、粉細(xì)砂巖和砂質(zhì)泥巖，厚5.62～8.92m，平均7.49m。

永紅煤礦為減輕易燃煤層綜采工作面回撤期間的防滅火壓力，結(jié)合3507綜采工作面的實(shí)況，設(shè)計(jì)采用三段炮掘進(jìn)行一次性施工的快速施工回撤通道技術(shù)方法，加快了回撤通道的施工進(jìn)度，提高了回撤通道的施工質(zhì)量，而且減輕了工作面防滅火的壓力，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面的安全快速回撤。

2 永紅煤礦2021年生產(chǎn)接續(xù)分析

永紅煤礦當(dāng)前主采煤層為3#煤，煤礦在六個采煤工作面接續(xù)生產(chǎn)，2021年該礦原煤產(chǎn)量計(jì)劃120×104t，掘進(jìn)總進(jìn)尺4123m。根據(jù)煤層賦存條件和生產(chǎn)接續(xù)安排，全年需要完成“七次安裝、八次回撤”才能保證完成全年生產(chǎn)任務(wù)。1～6月該礦共自營完成工作面安裝回撤任務(wù)十次，即“四次安裝、六次回撤”。按照工藝概括為兩個跳采、一個直搬、一個倒裝、三個單撤。

3 綜采工作面回撤通道施工方案設(shè)計(jì)

3.1 工作面回撤通道原施工方案

3507綜采工作面回撤通道原施工方法采用采煤機(jī)直接截割分循環(huán)分段進(jìn)行施工，即回采距停采線38m時，支架停止前移，推出刮板輸送機(jī)，采煤機(jī)下行割煤，及時伸出伸縮梁支護(hù)頂板。采煤機(jī)返至機(jī)窩段支架后，從下向上將工作面支架與刮板機(jī)脫開，然后從下向上將工作面刮板機(jī)推至煤幫，使用采煤機(jī)再割5個循環(huán)施工出支架回撤通道。每個循環(huán)分段進(jìn)行施工，由綜掘隊(duì)配合進(jìn)行通道的支護(hù)。

回撤通道設(shè)計(jì)為矩形斷面，高度×寬度=3200mm×3800mm。回撤通道采用錨索+鋼帶+柔性網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，通道頂部錨索采用?21.98mm×4300mm（1×19 股）的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索，鎖具采用KM22型錨索鎖具，每根錨索充填兩節(jié)MSK2370 樹脂藥卷，錨索托板為150mm×150mm×10mm 穹形鐵托板，錨索預(yù)緊力要求達(dá)到150kN，錨索間排距為800mm×800mm，呈矩形布置。鋼帶采用規(guī)格為W280×5400-800-6“W”型鋼帶，眼距800mm，沿通道傾向布置。通道幫部采用20#-M22-2000BHRB335 號左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距800mm×900m，每根錨桿充填一節(jié)MSK235 樹脂藥卷、一節(jié)MSK2370樹脂藥卷，配套錨桿托板為150mm×150mm×10mm 穹形鐵托板與400m×200mm×40mm 木托板，錨桿預(yù)緊力要求達(dá)到50kN。通道內(nèi)布置一排錨索架加強(qiáng)支護(hù)，桁架距停采線150m，桁架端頭間距1500mm：錨索采用?21.98mm×8300mm（1×19股）的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索，鎖具采用KM22型錨索鎖具，每根錨索充填三節(jié)MSK2370 樹脂藥卷，并配合200mm×60mm×20mm 的鐵托板使用，錨索預(yù)緊力要求達(dá)到150kN：錨索桁架采用11#礦用工字鋼加工，加工長度2500mm，眼距2000mm。巷道頂部柔性網(wǎng)采用規(guī)格為JD PET600×400RS的煤礦井下用聚酯纖維增強(qiáng)塑料網(wǎng)。

3.2 調(diào)整后工作面回撤通道施工方案

3507綜采工作面回采距停采線38m時，支架停止前移，回撤通道分三段采用炮掘進(jìn)行一次性施工，通道施工完畢后由綜采隊(duì)使用采煤進(jìn)行拉底，打設(shè)幫部錨桿。

回撤通道設(shè)計(jì)為矩形斷面，高度×寬度=3200mm×3800mm。回撤通道采用錨網(wǎng)索+鋼筋梯聯(lián)合支護(hù)。頂部錨索采用?21.98mm×4300mm（1×19股）的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索，鎖具采用KM22型錨索鎖具，每根錨索充填兩節(jié)Z2370樹脂藥卷，配合使用150mm×150mm×10mm穹形鐵托板與W450mm×280mm×5m“W”型鋼護(hù)板，錨索預(yù)緊力要求達(dá)到150kN，錨索間排距為800mm×900mm，呈矩形布置。鋼筋梯采用?16mm 圓鋼焊制，規(guī)格為4200mm×800mm，鋼筋梯內(nèi)沿寬80mm，5檔，檔（眼）距800mm，沿通道走向布置。幫部采用20#-M22-2000BHRB335 號左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距800mm×900mm，每根錨桿充填一節(jié)Z2335 樹脂藥卷、一節(jié)Z2370 樹脂藥卷，配套使用150mm×150mm×10mm 穹形鐵托板與400m×200mm×40mm 木托板，錨桿預(yù)緊力要求達(dá)到50kN。巷道頂部掛?6.5mm 圓鋼焊接的鋼筋網(wǎng)（尺寸為100mm×100mm，鋼筋網(wǎng)采用電焊焊接工藝加工，鋼筋網(wǎng)長邊采用豎向鋼筋繞縱向鋼筋折回50mm 并與豎向鋼筋焊接，短邊采用縱向鋼筋繞豎向鋼筋折回50mm并與縱向鋼筋焊接），網(wǎng)片規(guī)格為3800mm×900mm；幫部掛阻燃可拉伸塑料網(wǎng)（尺寸為40mm×40mm，網(wǎng)片規(guī)格為3200mm×900mm），壓于最下面一排錨桿及托板下；頂網(wǎng)對接，幫網(wǎng)搭接100mm，肩窩處頂網(wǎng)與幫網(wǎng)搭接100mm，采用14#鍍鋅鐵絲聯(lián)網(wǎng)，并扣扣相連，同時將礦用阻燃聚酯纖維網(wǎng)壓入頂板鋼筋網(wǎng)與通道支架前端兩排錨索內(nèi)。通道內(nèi)沿工作面走向布置錨索桁架加強(qiáng)支護(hù)，桁架間距1800mm，錨索采用?21.98mm×8300mm（1×19股）的預(yù)應(yīng)力鋼放線錨索，鎖具采用KM22型錨索鎖具，每根錨索充填三節(jié)Z2370 樹脂藥卷，并配合200mm×60mm×20mm 的鐵托板使用，錨索預(yù)緊力要求達(dá)到150kN；桁架采用11#礦用工字鋼加工，加工長度2500mm，眼距2000mm。

4 回撤通道施工過程關(guān)鍵質(zhì)量控制研究

4.1 回撤通道施工層位控制

回撤通道合理的施工層位，直接決定著通道支護(hù)質(zhì)量、平整度及回撤空間的大小，是保證實(shí)現(xiàn)快速回撤的先決條件。3507 綜放工作面回撤通道施工時，參照3507 工作面支架停止時的工作面頂板，保證掘進(jìn)施工回撤通道頂板與其平齊掘進(jìn)，同時參照工作面液壓支架伸縮梁梁端控制巷道掘進(jìn)寬度。

4.2 回撤通道支護(hù)強(qiáng)度

回撤通道安全可靠的支護(hù)強(qiáng)度，是保證回撤通道頂板安全、施工安全及快速回撤設(shè)備的重中之重。根據(jù)以往該礦回撤通道的支護(hù)形式及各個工作面的現(xiàn)場實(shí)際情況，該礦將3#煤回撤通道支護(hù)形式由以前的“錨桿+錨索+筋梯”聯(lián)合支護(hù)形式優(yōu)化為“全錨索“支護(hù)形式，大大提高了通道的支護(hù)強(qiáng)度為安全快速回撤創(chuàng)造了良好的條件。

4.3 回撤通道掘進(jìn)分段段數(shù)及段長

合理的分段數(shù)及分段長度，是保證回撤通道爆破的施工安全及每段都同時施工完畢的保證。3507工作面回撤通道掘進(jìn)施工共分為三段同時掘進(jìn)施工，其中，第一段在3507工作面回風(fēng)降標(biāo)高巷下幫開口向下進(jìn)行施工與第二段貫通，第二段在工作面80#液壓支架處向下進(jìn)行施工與第三段貫通，第三段在工作面35#液壓支架處向下進(jìn)行施工與工作面膠帶運(yùn)輸巷上幫貫通。為確保三段施工時爆破的安全，三段之間的距離不小于80m。施工過程中，每個小組均由綜采隊(duì)安排專人負(fù)責(zé)操作液壓支架，原則上采取統(tǒng)一打眼、爆破、支護(hù)的形式組織施工，如若個別小組施工進(jìn)度慢時，則必須通知相鄰施工小組作業(yè)人員撤至警戒距離外，組織撤人設(shè)置警戒，警戒距離不得小于80m。

4.4 回撤通道爆破施工規(guī)格尺寸

回撤通道爆破施工合理的高度是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。3507工作面回撤通道采用人工打眼爆破的方式進(jìn)行落煤，人工清渣、3507工作面裝刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸方式出渣。施工高度過高時，人工打眼困難、出渣工程量大，影響施工進(jìn)度，施工高度過低時，施工設(shè)備及工器具施展不開，錨索支護(hù)無法正常進(jìn)行，影響通道錨索支護(hù)值累計(jì)施工進(jìn)度。為此，為減少人工施工工程量，使得施工設(shè)備及工器具的順利使用，3507 工作面回撤通道采用爆破掘進(jìn)施工方式，掘進(jìn)寬度×高度=3850mm×2450mm。待回撤通道施工至停掘位置后，使用采煤機(jī)進(jìn)行拉底作業(yè)，補(bǔ)打幫錨、水久支護(hù)后保證巷道尺寸不低于設(shè)計(jì)要求。

4.5 回撤通道合理的施工組織

合理的施工組織是保證快速施工的前提，科學(xué)合理的循環(huán)個數(shù)及進(jìn)尺是確保回撤通道快速施工的保障。3507 工作面回撤通道由一個整裝掘進(jìn)隊(duì)組織施工，采煤隊(duì)配合（每班安排6人）進(jìn)隊(duì)進(jìn)行施工。施工采用爆法掘進(jìn)和錨桿支護(hù)單行作業(yè)的循環(huán)方式組織生產(chǎn)，按照900mm/循環(huán)掘支單行一次成巷的方式組織施工分早、中、夜三個班次。其中，早班檢修、集中運(yùn)料，中、夜班掘進(jìn)（每班三組），環(huán)進(jìn)尺為0.9m，每組日循環(huán)個數(shù)12個，每班日循環(huán)個數(shù)36個，日進(jìn)尺32.4m。

5 應(yīng)用效果分析

5.1 回撤通道頂板支護(hù)安全可靠性

3507 工作面回撤通道，應(yīng)用原采煤機(jī)截割施工作業(yè)時，回撤通道傾角大、高度大，錨網(wǎng)索支護(hù)施工困難、施工質(zhì)量較差，回撤通道頂板第一排、第二排錨索施工時，由于頂板已經(jīng)離（脫）層，造成部分錨索施工質(zhì)量失效，回撤通道整體支護(hù)質(zhì)量較差。調(diào)整施工方案后，根據(jù)以往回撤通道支護(hù)情況，對回撤通道支護(hù)進(jìn)行了更為科學(xué)、合理、可靠的錨網(wǎng)索+鋼筋梯聯(lián)合支護(hù)優(yōu)化，頂板無離層現(xiàn)象發(fā)生，回撤通道支護(hù)質(zhì)量可靠。

5.2 施工時間及防滅火

采取爆破自上向下施工回撤通道，回撤通道自施工開始，到最終完成，總工期11～13d（其中施工回撤通道7～9d，掃底、清浮煤、補(bǔ)打幫錨等工作4d），另外設(shè)備回撤在15～17d，累計(jì)需要時間26～30d，對之原施工方案可提前14～27d 的時間，有效緩解采掘生產(chǎn)接續(xù)矛盾，不僅縮短了工作面的回撤時間，而且減輕了工作面防滅火的壓力。

5.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

采用采煤機(jī)直接截割施工回撤通道并進(jìn)行工作面設(shè)備回收的技術(shù)，累計(jì)需要時間40～47d。采用爆破自上向下施工回撤通道并進(jìn)行工作面設(shè)備回收的技術(shù)僅需26～30d，相比提前14～27d的時間。經(jīng)計(jì)算，該時間內(nèi)可多采煤約（4.66～8.98）×104t，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益1200萬元～2330萬元。

6 結(jié)束語

綜采工作面采用爆破施工回撤通道技術(shù)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，可行性強(qiáng)。因此，永紅煤礦在3507傾斜煤層綜放工作面回撤通道釆用三段炮掘施工，不僅加快了通道施工進(jìn)度，提高了綜合效率，為工作面安全快速回撤創(chuàng)造了條件。