王莊礦3803工作面安全收尾綜合施工技術研究

張俊杰

(晉能控股煤業集團 王莊煤業，山西 長治 047100)

工作面收尾是煤礦井工開采過程中一道重要工序，做好工作面停采工作，保證工作面順利收尾，對于煤礦安全高效開采至關重要[1-3]。工作面收尾涉及工作面鋪設聯網、回撤通道的支護以及破碎煤體的加固等系列化施工技術[4-6]，為此需要從綜合收尾施工技術角度考慮，形成綜合一體化工作面收尾工藝，對于煤礦工作面安全快速收尾，并順利轉接至下一工作面意義重大。在這方面研究中，楊欣圖[7]針對綜采收尾通道施工及圍巖維護時，出現施工速度慢及圍巖維護效果差等問題，提出對收尾通道采用錨網索支護技術進行維護；匡中文[8]研究了中厚煤層條件下柔性網快速收尾技術，有效提高了工作面收尾、回撤作業的安全性和效率；徐昕等[9]采用高強聚酯纖維柔性網代替金屬網進行工作面回撤鋪頂，優化了停采支護方案，創造了良好的經濟效益。綜合文獻分析，對于工作面收尾的研究取了一定成果，但是多集中于工作面收尾時某個方面的工藝研究，對于工作面安全收尾綜合施工技術有待進一步分析。為此，本文以王莊礦3803工作面為工程背景，研究了工作面安全收尾綜合施工技術，解決了工作面過收尾期間所面臨的主要技術問題，實現了工作面安全快速收尾。

1 工程概況

王莊礦主采3號煤層，煤層傾角1～6°，平均傾角4°，平均厚度5.0 m，主要回采3802工作面與8103工作面，巷道斷面尺寸為高×寬=5.0 m×4.0 m，采用綜合機械化采煤技術，全部垮落法管理頂板。煤層直接頂主要為泥巖與砂質泥巖，基本頂為細粒砂巖，直接底為泥巖與砂質泥巖，煤巖體綜合柱狀圖如圖1所示。

圖1 煤巖體綜合柱狀圖

3803工作面目前已推進距停采線80 m左右處，工作面布置情況如圖2所示。

圖2 工作面布置圖

計劃在距停采線30 m時,對工作面機頭機尾進行調平，確保工作面機頭、機尾距停采線剩余距離相同，同時工作面做到“三直一平”。從上網位置開始至停采線以外10 m范圍，兩巷道采取補強支護，運輸巷道在此范圍頂部進行鋪設雙網并補打錨索，回風巷道采取工字鋼支護；同時對該區域內工作面煤壁側進行注漿加固。為進一步保證3803工作面收尾施工安全，需研究工作面安全收尾綜合施工技術。

2 鋪聯網施工技術

對于鋪聯網施工，在回風巷道距離回撤通道20 m范圍內及回撤通道處鋪設單層菱形網，菱形網一端距離工作面煤墻0.5 m，另一端沿頂板鋪設，多余菱形網固定在外側煤墻上部。距停采線18 m時，支架均不超前拉架，及時打出前探梁和護幫板，準備進行初次上網。上網時將第一卷纖維網通過刮板輸送機運至工作面，纖維網進入工作面后，將固定網片的鋼絲繩松開，利用手動絞盤鋼絲繩勾起網邊，將纖維網邊與液壓支架伸縮梁端部連接，連接用16號鐵絲，雙股對折，每架連接一道。第一卷纖維網必須置入機頭超前內，并與巷道預先鋪設菱形網拉緊掛好，相互搭接不小于500 mm，且孔孔相聯，采取雙絲三扣，擰緊鎖邊。吊起纖維網后，再進行打設錨桿固定纖維網，每隔一組支架打設1根錨桿，將錨桿打設在纖維網網邊500 mm處，兩組支架間從大溜機頭方向向機尾打設。待第一卷網固定后，把網片用手動絞盤起吊保證纖維網邊高于電纜槽300 mm.再用相同方法進第二趟網，兩趟網間的搭接長度不得小于5 m，現場掛網情況如圖3所示。

圖3 現場掛網情況

上網前的最后一刀煤、不頂溜、不移架。如頂板不好時，打出伸縮梁或者打起護幫板臨時支護頂板。在片幫比較嚴重的地方，可支設單體液壓支柱貼幫柱維護頂幫。當煤層較軟、片幫嚴重時要及時注漿維護頂板，以防冒頂。

工作面巷道掛纖維網需配合采煤、移架協同進行，具體施工過程如圖4所示。采煤機割煤前，將纖維網用手動絞盤絞起，開始割煤，見圖4(a)；采煤機割煤后，松開手動絞盤將纖維網放下，然后跟機拉架，打出護幫板，見圖4(b)；拉架后，將纖維網用手動絞盤絞起，采煤機進行下一輪割煤，見圖4(c)。

圖4 纖維網配合采煤與移架作業圖

3 工作面上鋼絲繩施工技術

當工作面距停采線13.5 m時，即推進5刀煤后開始平行于工作面上鋼絲繩，鋼絲繩規格為D28 mm×210 m.將鋼絲繩平行于工作面拉直，聯到支架護幫板下的纖維網上，間距800 mm，鋼絲繩與纖維網每隔300 mm聯一孔。鋼絲繩上至收尾結束時，支架頂梁上6趟，尾梁上5趟，最后一趟鋼絲繩距離底板1.5 m左右，鋼絲繩要穿過機頭、尾巷道，與巷道頂網、外側幫網聯接牢固。當工作面距停采線4 m時，停止移架。需要注意拖移鋼絲繩時，必須從滑輪鋼絲繩與纖維網之間通過，便于聯鋼絲繩，拖繩前先將所有滑輪鋼絲繩全部放下，確保網片落地，然后護幫板打好護好幫，關閉支架進液截止閥、閉鎖停電大溜，然后方可進行拖繩。工作面快速收尾施工工序如圖5所示。

圖5 工作面快速收尾施工工序圖

4 回撤通道支護方法

工作面收尾期間運輸巷道與回風巷道均采用超前支架進行支護，必須確保超前支架達到初撐力，并且升緊支架，隨工作面外移。工作面機頭、機尾過渡架3～5架區域，距離停采線4 m時工作面停止推進，支架均不超前移架，然后在工作面擴回撤通道，對巷道頂板采取錨(索)+工字鋼吊梁加強支護，巷道煤壁側采取單體液壓支柱+加密錨桿加強支護，回撤通道支護斷面如圖6所示。

圖6 回撤通道支護斷面圖(mm)

回撤通道頂板采用D20 mm×2 400 mm高強度的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為850 mm×1 000 mm，同時在頂板布置4 m長的三孔11號礦用工字鋼，頂幫角處錨桿距巷道幫部300 mm；頂錨索采用D18.9 mm×6 300 mm高強度低松弛預應力鋼絞線錨索，樹脂加長錨固，鉆孔直徑27 mm，采用1支k2335和2支Z2360低粘度樹脂藥卷錨固。錨索間排距為1 750 mm×2 000 mm，錨索垂直于頂板布置。打設的錨索必須用雙10號鉛絲成十字形捆綁錨索吊掛在金屬網上，把鎖具及托盤捆綁在鉛絲范圍內，防止頂板來壓崩斷錨索傷人及損壞設備。

5 工作面收尾時煤壁注漿加固方法

工作面收尾過程中，易造成煤壁松軟破碎，導致冒頂事故發生，如果工作面煤壁片幫深度超過1.5 m，頂板破碎、垮落高度小于1.5 m時及時采取注漿加固的方式加固煤壁。結合現場及鉆孔條件，距巷道底板及頂板各1.5 m處鉆鑿1排注漿鉆孔，注漿孔間距3.5 m，排間鉆孔采用菱形布置，布置方法如圖7所示。

圖7 工作面注漿鉆孔布置

注漿鉆孔直徑為42 mm，鉆孔與煤壁水平面夾角為15°，鉆孔深度為6 m，孔口封口長度為2 m.采用風動錨頭打孔，注漿孔外面接注射管，再接封孔器，里面注射管，因煤層裂隙非常發育，單孔注漿量較大，每孔注漿量在100～120桶。首次注漿完成后進行工作面推進時，可能造成初始注漿返料問題，導致注漿效果不理想，這時隨工作面推進應加強煤幫側及頂板的管理。工作面過斷層時，一次注漿加固完成后，工作面安全推進長度達4 m時，要立即進行下一個注漿工序，直至工作面巷道頂板及煤壁穩定性轉好為止。

6 結 語

為保障王莊礦3803綜采工作面安全收尾，研究給出了該工作面安全收尾綜合施工技術，包括工作面鋪聯網施工技術、工作面上鋼絲繩施工技術、回撤通道支護方法及工作面收尾時煤壁注漿加固方法，保障了工作面回撤通道的穩定，有效避免了煤壁片幫危害的發生，實現了工作面快速安全收尾，為類似礦山工作面停采收尾提供工程指導。