大傾角特厚煤層綜放工作面回撤優(yōu)化與實(shí)踐

梁則虎，劉子坤，苗 崢

(陜西泰盛能源工程有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712000)

0 引言

彬縣煤炭有限責(zé)任公司下溝煤礦位于陜西省彬州市，隸屬于彬縣煤炭有限責(zé)任公司，行政區(qū)劃屬彬州市城關(guān)鎮(zhèn)管轄。礦井位于隴東黃土高原的東南部，南高北低，南部為溝谷切割地貌，涇河由井田北部流過(guò)，地表為涇河河灘地與臺(tái)地。井田東西長(zhǎng)3.7～4.5 km，南北寬3.0～3.7 km，井田面積為10.31 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量22 203.4萬(wàn)t，采掘均采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)設(shè)備，機(jī)械化程度達(dá)到100%。礦井ZF202工作面為特厚煤層大傾角綜放工作面，揭露異常地質(zhì)構(gòu)造，回撤通道頂?shù)装鍡l件差，傾角大，綜采設(shè)備數(shù)量多、選型重，工程施工條件復(fù)雜，工序繁多，技術(shù)難度大，工期尤為緊張。針對(duì)該工程施工技術(shù)難點(diǎn)，在借鑒類似大傾角工作面回撤經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了回撤方案優(yōu)化。

1 工程概況

1.1 工作面概況

ZF202工作面是下溝煤礦402采區(qū)第2套工作面，東為402采區(qū)上山，西為403采區(qū)上山，南為ZF203工作面未采實(shí)煤體，北為ZF201工作面采空區(qū)。采用單一走向長(zhǎng)壁采煤方法綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采工藝，全部垮落法管理頂板，工作面走向長(zhǎng)度1 060 m，傾向長(zhǎng)度120 m，可采長(zhǎng)度900 m，平均煤厚14.5 m，可采儲(chǔ)量145.69萬(wàn)t。標(biāo)高位于+537～+621 m之間，埋深約380 m，為南北傾斜的單斜構(gòu)造，傾角19°～38°，煤層偽頂、直接頂為泥巖、薄煤、砂質(zhì)泥巖與細(xì)粉砂巖，平均厚度5～10 m；基本頂為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖，厚7～13 m，屬二級(jí)二類頂板，較易冒落；底板為鋁土質(zhì)泥巖，平均厚度3～5 m，遇水易膨脹。工作面地質(zhì)條件較復(fù)雜，回采期間相繼揭露數(shù)量較多的小斷層、褶曲構(gòu)造，裂隙、節(jié)理發(fā)育，頂板破碎，底板松軟。煤層屬于Ⅱ類，自燃煤層，自然發(fā)火期為3～5個(gè)月，最短發(fā)火期26 d。

1.2 回撤工程概況

下溝煤礦ZF202工作面設(shè)備回撤工程主要有：回撤工作面綜采設(shè)備，包括工作面順槽皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、前后刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架、乳化泵站供液系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)、輔助運(yùn)輸系統(tǒng)、超前支護(hù)等設(shè)備設(shè)施，合計(jì)各類設(shè)備6 194件，總重量3 574.9 t，詳見(jiàn)表1。

表1 ZF202工作面主要回撤設(shè)備情況

2 工程難點(diǎn)及施工安排

2.1 工程難點(diǎn)分析

近年來(lái)我國(guó)煤礦地下開(kāi)采機(jī)械化水平得到了快速提升，部分礦井、工作面已經(jīng)邁向信息化、智能化[1-2]。但是綜放工作面收尾、回撤，受輔助裝備水平及技術(shù)水平制約，還存在一定的局限性[3-5]。特別是大傾角、松軟圍巖、易發(fā)火、高產(chǎn)放頂煤工作面，設(shè)備回撤條件更加困難，技術(shù)難點(diǎn)更多。下溝煤礦ZF202工作面回撤工程主要存在以下5個(gè)方面的技術(shù)難點(diǎn)。①工作面重型設(shè)備數(shù)量多、體積大，ZF202工作面切眼長(zhǎng)120 m，裝備有各類支架81副，單架重量約30 t，其余刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、采煤機(jī)等設(shè)備合計(jì)重806 t，總回撤裝車數(shù)量為155車。②回撤通道布置在地質(zhì)異常構(gòu)造區(qū)，通道上部頂板破碎，支護(hù)困難，中部底板松軟，設(shè)備行走易傾倒[6-7]。③工作面傾角大，23°～27°，平均25°。支架下行回撤時(shí)移架、穩(wěn)架困難，必須增加專用穩(wěn)架絞車，技術(shù)要求高。④工作面下部裝車平臺(tái)底板泥巖揭露，支架移動(dòng)時(shí)極易鉆底、傾斜，調(diào)向難、起吊難、裝車難。⑤工作面通風(fēng)通道支護(hù)難度大，材料運(yùn)輸難、三角區(qū)維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)高。通風(fēng)通道采用2.4 m長(zhǎng)圓木搭設(shè)木垛支護(hù)，三角區(qū)采用單體液壓支柱交替支護(hù)。由于工作面坡度大，木垛支護(hù)材料只能人力抬運(yùn)，行走困難；三角區(qū)上覆巖體載荷垂直向下，失穩(wěn)垮落后易向支架架側(cè)冒落，支柱回收難。

2.2 回撤工序安排

2.2.1 工序安排及進(jìn)度

工作面回撤主要分兩部分，第1部分為三機(jī)回撤，第2部分為液壓支架回撤。為提高工效、節(jié)約工期，避免采空區(qū)自然發(fā)火[8-10]，工程施工過(guò)程中，堅(jiān)持合理調(diào)度人員及車輛，合理安排施工工序，實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)。本次回撤共發(fā)生33道工序，其中16道工序平行作業(yè)，如圖1、2所示。本次回撤自3月27日開(kāi)始，4月20日結(jié)束，合計(jì)工期23 d，較下溝煤礦大傾角工作面回撤歷史最短工期提前7 d。直接節(jié)約人工成本18.72萬(wàn)元，見(jiàn)表2。

表2 ZF202工作面設(shè)備回撤進(jìn)度分析表

圖1 ZF202工作面設(shè)備回撤工序示意

2.2.2 各工序內(nèi)容

ZF202工作面設(shè)備回撤工序詳細(xì)內(nèi)容如下。①解體后部刮板輸送機(jī)；②回撤后部刮板輸送機(jī)(機(jī)頭段以外)；③解體采煤機(jī)；④解體皮帶機(jī)；⑤解體轉(zhuǎn)載機(jī)；⑥解體破碎機(jī)；⑦回撤采煤機(jī)；⑧解體前部刮板輸送機(jī)；⑨回撤前部刮板輸送機(jī)(機(jī)頭段以外)；⑩回撤皮帶機(jī)；回撤轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭段；回撤破碎機(jī)；回撤轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾段；回撤端頭支架；回撤前刮板機(jī)機(jī)頭部分；回撤后刮板機(jī)機(jī)尾部分；重新鋪設(shè)運(yùn)輸順槽軌道；安裝工作面回柱絞車；安裝雙軌吊；回撤工作面末端過(guò)渡支架(回撤正副端頭處壓設(shè)木垛，三角區(qū)每撤1架，支護(hù)1次)；形成工作面回撤通道掩護(hù)支架；回撤工作面中后部基本支架(每撤1架，三角區(qū)支護(hù)一次，每撤2架，掩護(hù)架后壓設(shè)木垛一組)；拆除工作面中部通道安裝的1#回柱絞車；回撤工作面中部基本支架；下移工作面中部2#回柱絞車至工作面8#～9#架前并安裝；回撤工作面中前部基本支架；拆除工作面前部8#～9#架前回柱絞車；回撤工作面前部支架；拆除工作面回撤通道正端頭2臺(tái)回柱絞車；前移工作面1#過(guò)渡架；回撤工作面掩護(hù)架；撤出工作面1#過(guò)渡架；工作面正端頭安全出口處壓設(shè)木垛。

圖2 ZF202工作面液壓支架回撤示意

3 施工管理及回撤方案優(yōu)化

3.1 施工管理

3.1.1施工安全管理嚴(yán)格

堅(jiān)持管理人員現(xiàn)場(chǎng)帶班、交接班制度，切實(shí)履行帶班職責(zé)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即改正；堅(jiān)持對(duì)違章違紀(jì)行為零容忍；堅(jiān)持技術(shù)培訓(xùn)；堅(jiān)持開(kāi)工前設(shè)備、環(huán)境安全確認(rèn)；堅(jiān)持規(guī)范施工。及時(shí)組織人員清理通道浮煤、抽排管路回水，杜絕作業(yè)環(huán)境中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，影響安全。本次工作面設(shè)備回撤過(guò)程中未發(fā)生任何滑架、倒架及人身安全問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了工作面安全高效回撤。

3.1.2 勞動(dòng)力組織科學(xué)合理

根據(jù)不同工種及崗位，根據(jù)人員特長(zhǎng)，將強(qiáng)兵干將安排到重要崗位，保障工程順利實(shí)施。參與本次工程共有106人，其中隊(duì)干6人、技術(shù)員2人、辦事員1人、材料員1人、班長(zhǎng)8人、職工88人。工作面回撤期間平均日出勤78人，出勤率88.6%，人員隊(duì)伍穩(wěn)定。

3.1.3 準(zhǔn)備工作超前到位

工程開(kāi)工前，安排人員提前對(duì)皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備螺栓潤(rùn)滑松動(dòng)，對(duì)液壓支架前后立柱加長(zhǎng)桿銷子進(jìn)行松動(dòng)?；爻吠ǖ朗┕て陂g采用高強(qiáng)度錨桿對(duì)頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，嚴(yán)抓工作面工程質(zhì)量管理，做到“三直、兩平”，支架回撤期間未發(fā)生壓架現(xiàn)象。為保證支架順利運(yùn)輸，將原偏離巷道中心軌道撥至巷道中心，并加密枕木，同時(shí)對(duì)ZF202工作面運(yùn)輸順槽聯(lián)絡(luò)斜巷軌道進(jìn)行起底重新鋪設(shè)，并對(duì)ZF201回風(fēng)順槽軌道、道岔重新鋪設(shè)。提前施工水倉(cāng)，開(kāi)挖水溝，及時(shí)抽排工作面液壓支架供回液管路回水。提前檢修專用大平板車20輛，小平板車20輛，加工準(zhǔn)備各類工器具。

3.2 回撤方案優(yōu)化

3.2.1 優(yōu)化思路

工作面設(shè)備回撤過(guò)程中，液壓支架能否安全、順利、高效回撤一定程度上決定了工作面回撤質(zhì)量和工期。為確保ZF202工作面安全、快速、高效回撤，泰盛公司組織專業(yè)技術(shù)人員多次召開(kāi)專題會(huì)議，在借鑒類似大傾角工作面回撤經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)該工作面設(shè)備回撤方案，特別是對(duì)液壓支架回撤方案進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，采取了一系列強(qiáng)有力的措施，在回順超前支護(hù)段安設(shè)絞車，替代施工絞車硐室，節(jié)省硐室掘進(jìn)投入，降低了施工成本。同時(shí)利用該部回柱絞車穩(wěn)定掩護(hù)架，避免了掩護(hù)架由于工作面傾角過(guò)大發(fā)生下滑和倒架的影響，確保了施工安全。在工作面液壓支架回撤下放過(guò)程中，利用回順超前支護(hù)段回柱絞車和其余支架護(hù)幫板相互配合，解決了液壓支架下放時(shí)由于工作面傾角過(guò)大容易傾斜的問(wèn)題。將支架裝車點(diǎn)布置在工作面運(yùn)輸順槽超前支護(hù)段，避免了工作面通道撤架和裝架工序之間相互干擾，縮短了回撤時(shí)間，提高了安全系數(shù)。

3.2.2 優(yōu)化結(jié)果

采用下行回撤方式回撤液壓支架(即將支架從工作面運(yùn)輸順槽撤出)，解決了上行回撤由于工作面傾角過(guò)大絞車?yán)Σ蛔銌?wèn)題，避免選型大型絞車，減少設(shè)備投入，實(shí)現(xiàn)了較好的安全、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)效益。由于工作面直接底板多為鋁土質(zhì)泥巖，隨著通道回撤支架數(shù)量增多，底板堆積的浮煤也隨之增多，回柱絞車撤架過(guò)程鋼絲繩承受的拉力也逐漸增大，為了降低絞車運(yùn)行阻力，通過(guò)及時(shí)清理底板浮煤，在中部底板較軟處鋪設(shè)原木等方式對(duì)底板進(jìn)行了加固，確保了支架回撤全過(guò)程作業(yè)安全，提高了回撤工效。杜絕了工作面設(shè)備解體及回撤期間使用電氧氣焊的現(xiàn)象，降低了工作面防滅火壓力；同時(shí)，提高了工作面液壓支架回撤工效，避免了由于工作面傾角過(guò)大在下放支架時(shí)出現(xiàn)倒架現(xiàn)象，創(chuàng)造了下溝煤礦大傾角工作面單班支架回撤4架，裝車4架的的紀(jì)錄，使得回撤工期及工序未受任何影響，支架回撤12 d完成，較原計(jì)劃14 d工期提前2 d。

4 結(jié)語(yǔ)

下溝煤礦ZF202工作面設(shè)備回撤工程是陜西泰盛能源工程有限公司承接的生產(chǎn)服務(wù)類工程，公司通過(guò)加強(qiáng)施工過(guò)程安全管理，科學(xué)合理組織勞動(dòng)力，強(qiáng)化施工準(zhǔn)備期作業(yè)工序，改進(jìn)優(yōu)化工作面支架回撤方案，從根本上解決了特厚煤層大傾角工作面設(shè)備回撤過(guò)程頂?shù)装鍡l件差，傾角大，設(shè)備數(shù)量多、選型重，施工條件復(fù)雜，工序繁多，技術(shù)難度大，工期緊張等諸多難題。工程施工實(shí)際工期用時(shí)23 d，較計(jì)劃工期提前7 d，共回撤ZF10000/18/33型基本架74架，ZFG10000/19/33H型過(guò)渡架7架，端頭支架ZFTZ20000/23/34一組，前后刮板輸送機(jī)(SGZ800/400)各一部，采煤機(jī)MG300/700-WD一臺(tái)，轉(zhuǎn)載機(jī)SZZ900/400一臺(tái)，破碎機(jī)PCM250一臺(tái)，DSJ1200/2×315膠帶輸送機(jī)一部。創(chuàng)造了下溝煤礦大傾角特厚煤層工作面設(shè)備快速回撤的新紀(jì)錄，為類似條件下工作面設(shè)備回撤積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。