趙建國

摘 要：將以往的提前掘撤架通道改為了末采直接做撤架通道，并通過分析大采高綜采工作面的全過程礦壓觀測和撤架過程，總結(jié)了大采高工作面末采直接做撤架通道的施工方法和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：大采高；末采；地質(zhì)構(gòu)造；開采工作面

中圖分類號：TD355 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.005

趙莊礦地質(zhì)條件復(fù)雜、構(gòu)造多、變化快，提前掘出撤架通道不一定能保證通道內(nèi)無構(gòu)造，一旦出現(xiàn)構(gòu)造，則在工作面末采時就不能很好地與撤架通道對接。而直接做撤架通道時，能根據(jù)構(gòu)造的具體情況和頂板壓力變化規(guī)律，靈活掌握末采的時間、位置，避免大斷層對末采造成影響。這樣可解決地質(zhì)條件復(fù)雜的大采高工作面回采、末采和搬家難的問題。

1 3306工作面末采前的地質(zhì)情況

圖1 3306工作面平面布置示意圖

根據(jù)地質(zhì)部門提供的3306工作面構(gòu)造影響情況，當(dāng)工作面推進(jìn)至距原設(shè)計(jì)撤架通道180 m處揭露一斷層時，斷層斷距為2～3.3 m。此斷層一直延續(xù)至原設(shè)計(jì)撤架通道，在此段斷層的影響區(qū)域內(nèi)賦存薄煤區(qū)，煤層頂部夾矸連續(xù)存在，從機(jī)頭向機(jī)

尾夾矸逐漸變厚，且隨著工作面逐步向前推進(jìn)至斷層附近時，機(jī)尾側(cè)的夾矸厚度達(dá)到4 m左右，夾矸巖性為砂質(zhì)泥巖。當(dāng)頂部夾矸的厚度較薄時，隨著工作面回采，夾矸隨采隨落。3306工作面平面布置示意圖如圖1所示。

2 工作面主要設(shè)備使用情況說明

3306工作面采用大采高綜合機(jī)械化采煤方法，所使用的設(shè)備為：液壓支架為ZY12000/28/62；采煤機(jī)為SL-500；刮板運(yùn)輸機(jī)為SGZ-1000/1400；轉(zhuǎn)載機(jī)為SZZ-1200/315；破碎機(jī)為PGM-250；皮帶機(jī)為SSJ-140/250/3*400.

3 施工方法

3.1 支護(hù)

從工作面開始末采上網(wǎng)到支架停止前移的末采階段與以往正常末采的過程相同（只有聯(lián)網(wǎng)密度增加了1倍、一道網(wǎng)絲的間距由100 mm改為50 mm）。需要說明的是，定架的前一循環(huán)在架間打鎖口錨索支護(hù)頂板。打錨索之前，伸出頂梁伸縮梁，及時打出一、二級護(hù)幫板護(hù)幫，并人工搭設(shè)作業(yè)平臺。如果出現(xiàn)片幫處，護(hù)幫板無法護(hù)幫時，則應(yīng)在護(hù)幫板下支設(shè)單體柱加強(qiáng)支護(hù)，并在架間打錨索支護(hù)頂板，鎖口錨索支護(hù)結(jié)束后，進(jìn)行最后一次移架。支架定位后，要求底板平整，且將浮煤清理干凈。護(hù)幫板打出，每架支架頂梁下支設(shè)2根單體柱，以增加對頂板的支撐力（特殊情況下，每架頂梁下可支設(shè)4根單體柱）。具體如圖2和圖3所示。

圖2 工作面炮掘通道前煤幫不片幫狀態(tài)示意圖

圖3 工作面炮掘通道前煤幫片幫狀態(tài)支護(hù)示意圖

3.2 上部撤架通道的形成與支護(hù)

施工時，采用了分臺階、分頭炮掘和人工清煤的方式。分臺階是指先炮掘上部煤，高度要求為2.5 m，寬度要求為3.893 m；分頭是多點(diǎn)同時施工。具體如圖4和圖5所示。

圖4 工作面炮掘通道未掃底煤前理想狀態(tài)頂幫支護(hù)示意圖

圖5 工作面掏硐炮掘開口施工圖

3.3 下部通道施工

上部通道形成后開始使用機(jī)組割下部煤，割煤結(jié)束后，將巷幫進(jìn)行支護(hù)完成整個通道的施工。工作面撤架通道如圖6所示。

4 確定停采位置

確定停采位置時，應(yīng)注意以下2點(diǎn)：①認(rèn)真分析礦壓規(guī)律，切實(shí)掌握來壓步距；②認(rèn)真組織實(shí)施，將停采位置選定在穩(wěn)壓區(qū)內(nèi)。

具體操作為：根據(jù)周期來壓步距確定預(yù)停采位置，并掌握最后一次頂板來壓，待壓力釋放后，向前推采2～4 m，使支架和機(jī)道頂板恰好處于穩(wěn)壓區(qū)內(nèi)。

圖6 工作面撤架通道示意圖

5 全過程礦壓觀測

為了了解撤架通道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，工作面距停采剩余97 m時，開始重點(diǎn)對工作面支架壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的采集分析，并對撤架通道施工過程中通道和巷道變形量等礦壓變化情況進(jìn)行觀測。

5.1 支架工作阻力觀測

5.1.1 支架工作阻力的變化情況

根據(jù)礦用數(shù)字壓力計(jì)采集的數(shù)據(jù)曲線圖分析，工作面內(nèi)的大部分支架、未施工撤架通道的工作阻力基本保持在額定工作阻力的范圍內(nèi)，掘進(jìn)撤架通道第三排的壓力開始增大，30～80#架達(dá)到額定工作阻力，安全閥頻繁卸壓；撤架通道貫通后，10～90#架達(dá)到額定工作阻力，安全閥頻繁卸壓。

此外，工作面中部支架的工作阻力數(shù)值偏高。工作面內(nèi)總共10個測點(diǎn)，其中，最大工作阻力為14 569 kN，超出額定工作阻力的121%；整個工作面支架的平均工作阻力為8 892 kN，占額定工作阻力的74%.整個工作面支架的工作阻力主要分布在5 270～11 860 kN之間，在額定工作阻力的范圍內(nèi)。

5.1.2 施工期間阻力的變化情況

在撤架通道施工期間，工作面向前掘進(jìn)至第三排后，整個工作面支架的工作阻力基本達(dá)到額定工作阻力（12 000 kN），最大工作阻力為13 062 kN，占額定工作阻力的108%，平均工作阻力為10 801 kN。30～89#架的安全閥全部開啟，持續(xù)時間為13 d；撤架通道建成后，工作阻力有所下降，均保持在9 545～11 806 kN之間。由此可見，頂板來壓強(qiáng)烈，導(dǎo)致頂板離層，但可控制頂板大幅下沉的現(xiàn)象。如果不實(shí)施強(qiáng)力聯(lián)合支護(hù)措施，則支架難以控制頂板。

5.2 工作面支架活柱下縮量觀測

工作面支架最大活柱下縮量為：65#架左柱為190 mm；60#架右柱為167 mm；32#架左柱32 mm、右柱27 mm，屬于本工作面中最小的；每日平均的活柱下縮量為12.7 mm；每日最大活柱下縮量為38 mm；整個工作面平均活柱下縮量為107 mm；活柱下縮量在110～175 mm的主要集中在35～85#架。由此可見，直接做撤架通道期間，支架活柱下縮量的變化微弱，進(jìn)而可控制頂板下沉。具體如表1所示。

30#架 40#架 50#架 60#架 70#架 80#架

左柱 下縮量 右柱 下縮量 左柱 下縮量 右柱 下縮量 左柱 下縮量 右柱 下縮量 左柱 下縮量 右柱 下縮量 左柱 下縮量 右柱 下縮量 左柱 下縮量 右柱 下縮量

1 830 1 830 1 505 1 510 1 525 1 530 1 735 1 742 1 867 1 877 1 985 1 985

1 817 13 1 821 9 1 497 8 1 492 18 1 507 18 1 513 17 1 728 7 1 724 18 1 867 0 1 857 20 1 973 12 1 970 15

1 805 25 1 815 15 1 475 30 1 460 50 1 485 40 1 490 40 1 710 25 1 705 37 1 850 17 1 840 37 1 960 25 1 955 30

1 809 21 1 805 25 1 463 42 1 449 61 1 471 54 1 464 66 1 685 50 1 677 65 1 833 34 1 823 54 1 941 44 1 944 41

1 797 33 1 795 35 1 451 54 1 435 75 1 455 70 1 450 80 1 670 65 1 670 72 1 820 47 1 805 72 1 930 55 1 925 60

1 796 34 1 794 36 1 452 53 1 435 75 1 454 71 1 448 82 1 669 66 1 697 45 1 821 46 1 793 84 1 928 57 1 923 62

1 789 41 1 787 43 1 340 165 1 420 90 1 418 107 1 418 112 1 644 91 1 675 67 1 784 83 1 763 114 1 890 95 1 895 90

1 790 40 1 785 45 1 410 95 1 400 110 1 410 115 1 405 125 1 628 107 1 620 122 1 775 92 1 760 117 1 885 100 1 885 100

1 788 42 1 784 46 1 401 104 1 380 130 1 400 125 1 386 144 1 626 109 1 620 122 1 776 91 1 747 130 1 875 110 1 867 118

1 784 46 1 783 47 1 374 131 1 370 140 1 381 144 1 376 154 1 596 139 1 587 155 1 741 126 1 729 148 1 854 131 1 862 123

1 784 46 1 782 48 1 381 124 1 364 146 1 378 147 1 375 155 1 595 140 1 586 156 1 738 129 1 726 151 1 854 131 1 861 124

5.3 撤架通道錨索受力觀測

5.3.1 4#、44#、69#架的受力觀測

4#架處1號點(diǎn)23.2 T（28 MPa），2號點(diǎn)壞，3號點(diǎn)26.6 T（32 MPa）；44#架處1號點(diǎn)25 T（30 MPa），2號點(diǎn)28.2 T（34 MPa），3號點(diǎn)壞；69#架處1號點(diǎn)26.6 T（32 MPa），2號點(diǎn)26.6 T（32 MPa），3號點(diǎn)24.1 T（29 MPa）。頂部錨索最大受力為28.2 T（34 MPa），最小為23.2 T（28 MPa），平均受力為25.8 T（31 MPa），錨索最大增阻為1.6 T（1.9 MPa）。上述錨索受力均在額定工作阻力范圍內(nèi)。

5.3.2 20#、37#、51#、80#、104#架的受力觀測

20#架處1號點(diǎn)24.9 T（30 MPa），2號點(diǎn)14.9 T（18 MPa）；37#架處1號點(diǎn)14.9 T（18 MPa），2號點(diǎn)13.3 T（16 MPa ）；51#架處1號點(diǎn)壞，2號點(diǎn)26.6 T（32 MPa）；80#架處1號點(diǎn)28.2 T（34 MPa），2號點(diǎn)14.9 T（18 MPa），3號點(diǎn)19.9 T（24 MPa）；104#架處1號點(diǎn)14.9 T（18 MPa），2號點(diǎn)14.9 T（18 MPa）。幫部錨索最大受力為28.2 T（34 MPa），最小為13.3 T（16 MPa），平均受力為18.74 T（22.5 MPa），錨索最大增阻為1.9 T（2.3 MPa）。上述錨索受力均在額定工作阻力范圍內(nèi)。

5.4 頂板離層儀觀測

撤架通道采用3個點(diǎn)的頂板離層儀進(jìn)行觀測，基點(diǎn)分別設(shè)在9.2 m、7 m和3 m的位置。頂板離層儀分別安設(shè)在7#、15#、22#、31#、39#、47#、55#、62#、70#、78#、86#、97#和103#支架處。頂板離層儀最大下沉處為62#支架處頂板離層儀深部，下沉15 mm，中部下沉38 mm，淺部下沉40 mm。其他離層儀的3點(diǎn)均在20 mm的范圍內(nèi)。因此，頂板下沉量均在安全、穩(wěn)定、可靠的范圍內(nèi)。由于頂板離層儀的安裝位置距通道幫較近，支架頂梁基本處于無支護(hù)狀態(tài)的頂板下，所以，頂板離層儀的觀測結(jié)果與支架活柱下縮的觀測結(jié)果存在一定的差異。

5.5 順槽超前支護(hù)段觀測

33061巷1#斷面距工作面30 m兩幫的移近量為210 mm，頂、底板的移近量為470 mm；2#斷面距工作面25 m兩幫的移近量為140 mm，頂、底板的移近量為425 mm；3#斷面距工作面20 m兩幫的移近量為160 mm，頂、底板的移近量為415 mm；4#斷面距工作面15 m兩幫的移近量為345 mm，頂、底板的移近量為210 mm。

33063巷1#表面位移斷面距工作面26 m兩幫的移近量為106 mm，頂、底板的移近量為150 mm，其中，每天頂、底板的最大移近量為80 mm；2#表面位移斷面距工作面21 m兩幫的移近量為113 mm，頂、底板的移近量為415 mm，其中，每天頂、底板的最大移近量為143 mm；3#表面位移斷面距工作面16 m兩幫的移近量為170 mm，頂、底板的移近量為275 mm，其中，每天頂、底板的最大移近量為70 mm；4#表面位移斷面距工作面14 m兩幫的最大移近量為215 mm，頂、底板的最大移近量為240 mm，其中，每天頂、底板的最大移近量為25 mm。巷道兩幫移近量、總體收縮量比較穩(wěn)定，每天最大的移近量為26 mm。具體如圖7、圖8、圖9和圖10所示。

圖7 33063巷1#斷面位移曲線圖 圖8 33063巷2#斷面位移曲線圖

圖9 33063巷3#斷面位移曲線圖 圖10 33063巷4#斷面位移曲線圖

5.6 結(jié)論

3306大采高工作面現(xiàn)做撤架通道期間，6.2 m大采高支架工作阻力能夠滿足直接做撤架通道的生產(chǎn)要求；支架活柱下縮量變化微弱，能夠控制頂板下沉；直接做撤架通道期間，錨索受力均在額定的工作阻力范圍內(nèi)；直接做撤架通道期間，頂板離層儀下沉數(shù)值處于穩(wěn)定、安全的范圍內(nèi)。

綜上所述，3306大采高工作面末采直接做撤架通道的支護(hù)設(shè)計(jì)能夠滿足施工要求。

6 撤架通道效果分析和建議

6.1 通道的寬度分析

撤架通道設(shè)計(jì)寬度為頂梁（收縮狀態(tài)）前端至通道幫的距離為4.5 m，支架底座距通道幫部的最大距離為6.9 m（幫部從底板向上2.5 m以上的幫）。在通道施工結(jié)束后，80#架至機(jī)尾段基本滿足設(shè)計(jì)要求，80#架至機(jī)頭段寬度多在4.2 m左右。

在回撤支架時，三角區(qū)頂板跟隨較緊，需及時維護(hù)。因此，80#架往前的支架可向外直線拖拽4.0 m。此時，支架尾部1.4 m的長度仍在工作面正常支架底座前沿的后方。在調(diào)節(jié)支架的方向時，三角區(qū)靠外側(cè)木垛還需滯后1個木垛的空間，但必須對該空間采用單體柱配合板梁的形式臨時支護(hù)。在3306工作面撤架過程中，通過對現(xiàn)場寬度的實(shí)踐證明，支架頂梁向前至通道幫4.2 m的距離時，仍然能滿足6.2 m支架正常撤架時所需的通道寬度要求。因此，筆者建議工作面撤架通道的寬度應(yīng)為4.2 m，最小不得低于4.0 m。

6.2 撤架通道的高度分析

3306工作面停架后工作面高度普遍較高，可達(dá)4.8 m左右。雖然運(yùn)輸狀況良好，但在撤架過程中，三角區(qū)網(wǎng)包的下拖量較大，導(dǎo)致頂板管理相對困難。由于抽架時三角區(qū)網(wǎng)包下沉快，且下沉量大，加之三角區(qū)外側(cè)木垛的支設(shè)高度為2.3～2.5 m，而網(wǎng)包下沉臺階可達(dá)2 m以上，導(dǎo)致網(wǎng)包易形成向側(cè)面鼓肚的現(xiàn)象，尤其在老塘側(cè)掩護(hù)架降架前移時，頂梁側(cè)面易劃破網(wǎng)包，造成破網(wǎng)漏矸，進(jìn)而影響人員和設(shè)備的安全。漏矸嚴(yán)重時，將會造成重大事故。因此，筆者建議，在工作面末采時，如果煤層厚度在4.2～4.6 m之間，則可沿頂?shù)装迥┎勺鐾ǖ溃蝗绻簩雍穸?lt;4.2 m，則可沿頂割底補(bǔ)足至4.2 m；如果煤層厚度在4.6～5.0 m之間，則可沿頂留底煤施工，采高提前調(diào)整到位，從末采上網(wǎng)第一個循環(huán)開始，直至支架停架采高保持在4.2～4.5 m之間，支架停架后，底座向前至通道幫部的高度，可提前控制見頂、見底，通道結(jié)束后，無需大面積鋪底；如果煤層厚度>5 m，則沿頂留底煤進(jìn)行末采施工通道，高度控制在4.2 m，通道結(jié)束后，應(yīng)考慮硬化底板。

6.3 頂板支護(hù)強(qiáng)度

從撤架的過程看，通道內(nèi)頂板支護(hù)的強(qiáng)度相對較大，凡采取了頂板支護(hù)的區(qū)域，基本沒有出現(xiàn)直接垮落。由此可以看出，通道內(nèi)頂板支護(hù)的強(qiáng)度可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

〔編輯：張思楠〕