综放工作面末采方案优化的研究

王金鑫

(大同煤矿集团 云冈矿，山西 大同 037003)

1 工作面概况

山西兰花集团唐安煤矿3405综放工作面开采3#煤层，煤层平均厚度5.8 m，层理明显，节理、裂隙较发育。煤层倾角3°;3#煤伪顶为炭质泥岩，厚0.4 m;直接顶为砂质泥岩，厚3.5 m;基本顶为细砂岩，厚5.3 m;直接底为粉砂岩，厚2.8 m;基本底板为砂质泥岩，厚1.4 m.

3405工作面和两侧已采的2个工作面间各留有20 m的区段煤柱，属孤岛工作面。工作面长度176 m，推进长度1 410 m.3405工作面采用三巷布置方式，即运输巷沿煤层底板布置，为进风巷;回风巷沿煤层底板布置，为回风巷;专用排瓦斯巷沿煤层顶板布置，辅助回风。三巷沿煤层走向布置，开切眼沿煤层倾向布置。其中，回风巷中心线距离专用排瓦斯巷中心线12 m.3405工作面布置111架ZF7200/17/33型液压支架和ZFG8000/18.5/33H型过渡支架机头机尾各3架。

2 工作面末采方案

综放工作面末采包括采煤工作面接近停采线时，对顶板进行的特殊维护(如铺设金属网)和停止移架后对回撤通道进行的特殊支护与设备安全回撤等方法与工艺。研究综放工作面末采收尾的目的是降低放顶煤开采中的末采损失，改进撤架工艺，确保支架与设备的安全快速撤出，提高顶煤回收率。

2.1 末采不放煤位置

为了维护一个稳定的撤架通道，需要在停采线前，支架顶梁与顶煤之间铺设金属网，以防撤架过程中顶板冒漏和支架后方脱网窜矸(煤)。综放工作面末采撤架通道及其支护状态断面示意图见图1，可得出末采不放煤宽度L1的计算式:

图1 末采撤架通道与铺网状态示意图

在图1和式1中，S为撤架通道宽度，取3 m;M为液压支架顶梁水平长度，取3.7 m;β为支架掩护梁倾角与顶/底板间的夹角，取65°;H为采煤机采高，取3 m;a为液压支架掩护梁、尾梁和插板长度之和，a=H·(sinβ)－1=3.3 m;b为液压支架掩护梁、尾梁和插板长度的水平投影，b=H·(tanβ)－1=1.4 m;c为顶煤/板压网长度，取1 m.

根据上述参数由式(1)计算得，末采不放顶煤的宽度为9.1 m，即当工作面煤壁距停采线9.1 m时，停止放顶煤。

2.2 末采铺顶网位置

根据采高H和支架后方放网角β，由式(2)可得，当工作面煤壁距停采线11 m时，开始在支架顶梁上铺金属网。

2.3 末采铺钢丝绳位置

为确保支架顶梁上方和回撤通道上方对顶煤的良好托承作用，沿回采工作面全长平行工作面煤壁铺设顶板钢丝绳，顶板钢丝绳的直径d=18.5 mm.距停采线6.6 m时铺设第1道钢丝绳，钢丝绳的排距等于循环进度0.8 m，共铺设9道钢丝绳，最后一道钢丝绳距停采煤壁0.2 m，见图2.

图2 末采撤架通道与支护平面布置图

2.4 末采打锚杆、锚索位置

为确保回撤通道的安全，在停止拉架后铺设的每排顶板钢丝绳下打顶板锚杆，锚杆间距与支架中心距1.5 m相一致，锚杆排距与钢丝绳排距0.8 m相一致，共打4排顶板锚杆。前3排顶板锚杆与顶煤表面垂直，最后1排顶板锚杆距停采煤壁0.2 m，并向煤壁前方倾斜20°.在停止拉架后铺设的第1排和第3排钢丝绳下增加锚索，锚索间距3 m，排距1.6 m，共打2排锚索在停采煤壁上打护帮锚杆，护帮锚杆排距1.5 m，间距1 m，上部锚杆距顶板0.4 m，并向上倾斜20°，下部锚杆距底板0.6 m，垂直煤帮，见图2.

2.5 撤架通道上下端头的维护

撤架通道形成后，在回风巷与撤架通道交叉点处打锁口锚索，锚索间距2 m，排距2 m，锚索直径17.8 mm，锚索长度7 200 mm.

2.6 撤架绞车硐室

撤架通道完成后，为满足拖运支架和煤溜需要，在回风巷煤柱侧打2个绞车硐室，规格为宽×高×深=2 500 mm×2 000 mm×4 500 mm.两硐室中心线分别与工作面前后运输机中心线重合。绞车钢丝绳直径24.5 mm.

3 撤架通道的形成

当工作面煤壁推进距停采线3 m、支架后方金属网落地被冒落的顶煤和矸石压住1 m时，所铺设的5根钢丝绳均处于支架顶梁上方，此时停止拉架，准备形成回撤通道，即再向前推进4个循环就是停采煤壁。

推移刮板输送机一般仍采用支架自带的推移千斤顶进行，当推移千斤顶行程不足时，可用道木、木板梁等配合单体柱进行，单体柱推溜间距1 500 mm.打帮锚杆孔、联网、放锚杆钢筋梯子梁，安装帮锚杆和回撤支架用的帮锚索。

撤架通道形成期间的临时支护:倒数第4个循环使用支架伸缩梁支护顶板，其余循环采用单体液压柱进行临时支护。单体柱红松木板梁长×宽×厚=4 000 mm×180 mm×130 mm.临时支护完成后，铺设钢丝绳，打锚杆/索，然后进行下一个循环割煤，下一循环临时支护时把上一个循环的单体柱和木板梁撤掉，循环利用。

4 瓦斯巷下撤架通道的支护

为保证撤架通道能够顺利通过沿顶层布置的顶板排瓦斯，需要采取专门的支护措施:

1)确保排瓦斯尾巷下部撤架通道的高度不小于3 m.在顶层排瓦斯巷底板铺金属网加风筒布。

2)撤架通道形成过程中，在顶层排瓦斯巷下方支架前梁铺设每道钢丝绳的同时，以架中心线为中心，在支架前梁上平行且紧靠每道钢丝绳铺设1根木板梁，板梁规格为长×宽×厚=4 000 mm×180 mm×130 mm.

3)撤架通道形成后，在顶层瓦斯巷下垂直煤壁方向放置长×宽×厚=4 000 mm×180 mm×130 mm的木板梁加强支护，木板梁的一头搭在支架顶梁上(搭接长度不小于1 m)，垂直煤帮形成悬臂梁后，另一头用单体柱进行贴帮支护，木梁带一小平面板梁1架2根，间距750 mm，均匀布置，单体柱与木板梁相互对应。

5 支架回撤

5.1 撤架顺序

回撤支架准备工作完成后，即可进行支架回撤。从工作面下端(运输巷)开始，先回撤工作面下端1#、2#和3#过渡支架，调整4#、5#支架作为掩护支架，按顺序撤出中间普通支架，最后回撤上端头115#、116#和117#过渡支架。

5.2 撤架工序

降架→拆液压管→牵引前移→调正运出→维护三角区→退锚索→拉掩护架。

5.3 撤架方法

将1#支架、2#排头架、3#排头架撤出、装车、外运、支护，调出4#、5#支架作为撤架时的掩护支架，再将4、5掩护架后锚索的锁具退下，单体柱回掉，然后将其余各支架依次运出。

拉掩护架时，先拉工作面煤壁侧的4#架，再拉老空侧的5#架，4#掩护架要始终超前5#掩护架1 000 mm左右，两掩护架均要升紧，保持接顶有力，老空侧的5#架严禁拉到待撤支架前方，掩护架移动步距1 500 mm.

5.4 三角区维护

为了便于支架调架顺利进入撤架通道，三角区内采用4排单体柱支护，排距1 500 mm，柱距800 mm.每撤出1架，回掉1排，及时支到撤出支架后形成的空顶区。

5.5 装 架

当工作面支架撤出原位置调正后，用拖架绞车将支架沿底板牵引至回风巷。在牵引过程中，若支架受阻，要立即停止牵引，查明原因后方可继续牵引。距装架平台15 m处安装22 kW回柱绞车，用于装架。

6 结论

经过现场应用分析可知:3405工作面采用该末采方案后，相较于早期其它工作面的末采过程，末采损失量有明显降低，撤架工艺改进后，使得支架及其他机电设备快速安全回撤出工作面，最重要的是达到了末采过程中提高顶煤回收率的目的。

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