综采工作面末采工艺技术的实践应用

刘 军

（晋城煤业集团凤凰山矿，山西 晋城 048007）

综采工作面回采结束后，为满足工作面设备回收的要求，需进行末采作业[1]。传统末采工艺撤架通道采用插梁支护顶板、锚网支护形式护帮，该工艺需频繁替换插梁且为被动支护形式，不能有效防止顶板下沉，也无法解决顶板压力向煤帮传递，导致煤帮酥软,帮部支护困难[2]；回收设备期间，根据全负压出架的通风要求，需在撤架通道补打单体锚索以保证回风通道的过风量，由于撤架通道和回风通道在空间上位置相同，插梁支护和锚索支护就形成了重复支护，造成了支护材料和人工成本的浪费。为解决上述问题，需对传统末采工艺中的支护设计、施工工艺进行技术革新，以实现安全、高效、经济的末采作业。

1 概况

晋煤集团凤凰山矿是一座具有50余年开采历史的矿井，核定生产能力4Mt/a，现主采十五号煤。十五号煤煤厚1.4～3.5m，平均2.25m，煤层倾角1～9 °，平均3 °。直接顶为K2灰岩，均厚9.8m，普氏系数13.7，属于4类坚硬顶板。直接底为泥岩，均厚0.8～1.5m，含植物化石及黄铁矿。

十五号煤综采工作面普通支架采用ZZ8000-17/32型支架，最小规格：长×宽×高=4760×1430×1700mm， 重 20t； 端 头 支 架 采 用ZT8000-16/30型支架，最小规格：长×宽×高=3400×1430×1600mm， 重 18t； 采 用 MG250/600-AWD型采煤机割煤，SGZ-764/400型刮板输送机运煤。

2 末采工艺对比

为保证工作面设备的正常回收，末采作业需考虑以下三方面因素：

（1）设备回收起吊、装车、运输要求；

（2）支架回撤调向、装车、运输、支护要求；

（3）采用全负压通风出架，需补打锚索维护回风通道。

2.1 传统末采工艺

2.1.1 工序流程

调整采高→铺网、铺绳→支架定位→施工撤架通道→施工圆弧角→工作面起底、清煤→施工回风通道锚索。

2.1.2 技术要求

调整采高：距停采线7.5m，采高达2800mm。

铺网、铺绳：金属网规格为JW10/50×50-1.2×10，钢丝绳规格为Φ15.5mm废旧钢丝绳。距停采线11.4m时上片网，紧接着铺设单层金属网（1～3茬，间距1.1m），第4～15茬网铺设双网（间距0.55m），第16～19茬网铺设单网（间距1.1m），保证网铺至煤壁顶板往下不小于2m处。从第3茬与第4茬网搭接处开始铺设平行于工作面的钢丝绳，钢丝绳间距0.55m，共铺设13趟。

支架定位：支架掩护梁后方底板压网不小于1m时定架。

施工撤架通道：通道规格为宽度2.3m，高度2.8m。顶板采用3.2m板梁支护，每架两根，间距0.75m，梁头下靠煤帮支设DZ-31.5单体柱，具体见图1。帮部采用锚网组合支护，采用MSGLW-400/18×1800无纵肋螺纹钢式树脂锚杆，托盘采用配套的高强度拱形托盘。锚固方式为树脂加长锚固，采用一支MSK2360树脂锚固剂，钻孔直径28mm，锚固长度为690mm；锚杆锚固力大于60kN，预紧力矩不小于50N·m，锚杆外露10～40m；锚杆间距1300±100mm，排距1500±100mm，上部锚杆距顶400mm，具体见图2。

施工圆弧角：工作面边长7.5m，巷道边长1.5m。顶板采用3.2～8m圆木支护，每架两根，间距0.75m，梁头下靠煤帮支设DZ-31.5单体柱。

施工回风通道锚索：出设备期间，每两个架架间正前施工双排锚索，距支架顶梁前端0.25m、1.25m处各一根，锚索排距为1.5m，锚索采用型号为SKP-18-1/1860，长度5300mm的锚索，锚固方式为端锚，采用两支MSK2360锚固剂，钻孔直径28mm，锚固长度1406mm，锚索露出锁具150～250mm，锚索与顶板垂直，锚索预紧力应达150kN以上，锚索托盘采用300×300×16mm钢板。

2.1.3 撤架通道施工方法

工作面定架后，移三次溜割三刀煤，使支架顶梁梁端与煤壁线之间形成2.3m的撤架通道。

（1）第一刀煤推移步距700mm，割通刀，护壁及时打出。

（2）第二刀煤推移步距600mm（单体柱顶溜），每割30个架停机，上2.4m板梁支护顶板，每架两根，间距0.75m。

（3）第三刀煤推移步距600mm（单体柱顶溜），每割30个架停机，将2.4m板梁替换成3.2m板梁，每架两根，间距0.75m，并在梁头下靠煤帮支设DZ-31.5单体柱。

图1 撤架通道、回风通道支护示意图

图2 帮部支护示意图

2.2 革新末采工艺

2.2.1 革新亮点

在传统末采工艺的基础上，将撤架通道插梁支护和补打锚索维护撤架回风通道简化统一，直接采用锚索支护撤架通道和回风通道，并对相应施工方法进行优化，彻底解决了撤架通道被动支护和重复支护的问题。

2.2.2 工序流程

调整采高→铺网、铺绳→支架定位→施工撤架通道→施工圆弧角→工作面起底、清煤。

2.2.3 技术要求

调整采高、铺网、铺绳、支架定位：同传统工艺。

施工撤架通道：通道规格为宽度2.3m，高度2.6m。顶板采用两排锚索和一排压网锚杆配合金属网支护，距支架顶梁前端0.25m、1.25m处各施工一排锚索，锚索排距为1.5m，锚索型号等参数同上；压网锚杆采用MSGM-400/18×700无纵肋螺纹钢式树脂锚杆，锚固方式为树脂加长锚固，采用一支MSK2335锚固剂，钻孔直径28mm，锚固长度403mm，锚杆与顶板垂直，具体见图3。帮部支护同上。

图3 撤架通道支护示意图

施工圆弧角：工作面边长7.5m，巷道边长1.5m。圆弧角区域根据实际情况进行补打锚索，锚索间距1m，排距1.5m，圆弧角成型后保证锚索距煤壁不大于1.2m，锚索型号等参数同上。

2.2.4 撤架通道施工方法

工作面定架后，移三次溜割三刀煤，使支架顶梁梁端与煤壁线之间形成2.3m的撤架通道。

（1）第一刀煤推移步距700mm，割通刀，护壁及时打出将金属顶网托起，停机后施工第一排锚索。

（2）第二刀煤推移步距600mm（单体柱顶溜），割通刀，每隔3m使用单体柱将金属顶网托起并用4m架板背帮，临时支护到位后施工第二排锚索。

（3）第三刀煤推移步距600mm（单体柱顶溜），每割30～40个架停机，每隔3m使用单体柱将金属顶网托起起并用4m架板背帮，临时支护到位后施工压网锚杆及封帮作业。

3 革新效果分析

3.1 支护效果验证

为进一步验证末采工艺技术革新在支护方面可能产生的效果，对撤架通道巷道变形量进行了现场观测，并在出架期间对回风通道通风量进行了跟踪测试。此次观测在撤架通道内共布置4个测点，测点相邻间距为50m，两端测点距两巷均为15m，测点观测结果如图4所示。

图4 不同区域巷道变形量

在采用锚索支护撤架通道后，简化了支架定位后频繁降架、升架及替板梁的工序，同时将被动（插梁）支护转化为主动（锚索）支护，提高了支护效果，有效地削弱了顶板压力向煤帮传递的影响，封帮期间煤帮基本无片帮现象。通过观测可知，撤架通道在将近一个月的服务周期内，顶板下沉量均在5mm以内，帮部变形量在0～100mm，底板鼓起量在50～150mm，撤架结束后回风通道风量达到原配风量70%左右，完全满足工作面设备回收的正常需求。

3.2 经济效益分析

撤架通道在采用锚索支护代替插梁支护后，单面可节省2.4m板梁18方、3.2m板梁26方，材料成本合计10.34万元；由于取消了插梁支护的环节，可大大降低职工劳动强度，减少磕手碰脚等零敲碎打安全事故的发生，同时节省了运输板梁工数30个，末采使用工数减少了约120个， 按每工200元计算，节省人工成本3万元；经综合测算，单面可创造经济效益13万元。

4 结语

凤凰山矿XV1303、XV3305、XV3308等综采工作面成功应用革新后的末采工艺，通过末采过程中试验和回收设备、撤架期间使用效果的检测，相比传统末采工艺具有支护效果佳、劳动强度低、经济效益高等优点，具有推广价值。