综采面回撤通道设计及末采贯通控制

2019-11-18钱伟东李瑞群

陕西煤炭 2019年6期

钱伟东，李瑞群

（神东煤炭集团大柳塔煤矿，陕西神木 719315）

0 引言

神东矿区在综采工作面安装回撤时普遍采用了无轨胶轮化快速搬家倒面技术，该技术的应用大大缩短了综采工作面搬家倒面的时间，提高了搬家效率，保证了矿井的安全高效生产。无轨胶轮化搬家倒面技术的施工效率主要受到综采工作面末采巷道设计是否合理、贯通质量好坏、贯通时工作面矿压情况等诸多因素的影响，如果综采面贯通质量不好，贯通后综采工作面顶底板与回撤通道顶底板留有台阶，将会对综采工作面设备的回撤造成困难。此外，如果贯通后综采工作面矿压很大，设备的回撤同样十分困难，甚至还有可能发生顶板事故［1］。因此提高综采面的回撤速度就必须在回撤巷道设计和综采面末采贯通质量上及时采取措施，为此，对基于提升无轨胶轮化回撤速度的综采面末采贯通控制方法进行介绍。

1 综采工作面回撤通道的设计

为了进一步提升综采面回撤速度，为综采面的回撤创造便利条件，神东煤炭集团探索出通过在综采工作面停采线位置处提前设置回撤通道与回撤辅巷的设计，并通过多联巷相互沟通、联络，从而增加设备回撤的通道，现对回撤辅巷和联巷的设计以及回撤巷道的支护强度进行介绍。

1.1 回撤通道、回撤辅巷及联巷设计

所谓回撤通道，是指综采工作面回采完毕停采后，为确保工作面综采设备的安全、顺利回撤而提前预留的回撤空间。其主要作用是确保回撤综采工作面设备时有足够的回撤空间，而回撤辅巷的设计则是为了能够实现多点平行作业，通过各个联巷作为通道来快速回撤工作面设备，可以实现设备多头回撤，这种设计最大限度地加快了综采面设备的回撤速度。综采工作面回撤通道、回撤辅巷及联巷设计平面示意图如图1所示。

图1 综采工作面回撤通道、回撤辅巷及联巷设计平面示意图

1.2 回撤通道的尺寸及支护参数

回撤通道尺寸：回撤通道的断面尺寸设计也是制约快速搬家倒面的重要因素之一，根据已有的经验和神东矿区目前所使用支架的几何尺寸，确定了不同采高综采工作面回撤通道的合理尺寸，最大采高为7 m的综采工作面，回撤通道净高控制在5.1 m为宜；最大采高为5 m的综采工作面，回撤通道净高控制在3.8 m为宜；采高为4.5 m的综采工作面，回撤通道净高控制在3.5 m；而最大采高为3.5 m的综采工作面，回撤通道净高控制在3 m即可。7 m采高综采工作面回撤通道宽度达到6.8 m，5 m采高综采工作面回撤通道宽度一般为5.4 m，4.5 m和3.5 m采高综采工作面的回撤通道宽度为5 m。工作面采高与回撤通道断面尺寸的对应关系，见表1。

合理的回撤通道高度，一方面可以增加支架的有效行程，使工作面具有良好的回撤空间，可以将回撤过程中支架因增阻而造成的活柱下缩量控制在一定的范围内，从而确保液压支架有足够的活柱行程，使回撤的液压支架可以在邻架下顺利通过，从而加快了设备回撤的速度；另一方面合理的回撤通道的高度可以提高液压支架的支护效率。通常情况下，在最大高度的83%时支护效率最大，特别对于大采高支架，当支架处于3.6 m以下时，支架的支护效率大大降低，从而也大大降低了“煤壁—通道联合支护—支架—采空区”整个大支护系统的支护能力。

表1 综采面采高与回撤通道高度的对应关系

回撤通道掘进期间支护参数：回撤通道支护强度的选择合理与否，也直接关系到综采面回撤工作的安全和速度。神东煤炭集团目前回撤通道支护普遍采用“锚网索”联合支护的方式。回撤通道顶锚索采用φ22 mm×8 000 mm或φ17.8 mm×8 000 mm+W型钢带支护，锚索排距1.2 m，顶锚杆采用φ18 mm×2 100 mm圆钢锚杆，排距1 m；金属网采用网孔为45 mm×45 mm的菱形金属网，8#铁丝编织，靠近工作面采通侧采用双层网支护，金属网错茬200 mm搭接，连接扣间距不得超过200 mm，每扣不得少于3圈，锚杆间排距均为1 m。回撤通道正帮采用φ22 mm×2 000 mm玻璃钢锚杆+塑料网片支护，锚杆排距1 m。回撤通道副帮采用φ18 mm×1 800 mm金属锚杆+菱形金属网支护，锚杆排距同样为1 m。回撤通道支护断面图如图2所示。

图2 回撤通道支护断面图

回撤通道内的垛式支架支护：回撤通道内除了要进行常规的锚网索支护外，在距离末采贯通剩余约300 m时，还要在回撤通道内放置垛架进行加强支护，以5 m采高的综采面为例，回撤通道内放置2排垛架，垛架放置尽量避开锚索位置，防止锚索锁具被压坏导致锚索失效，排与排之间间隔300 mm，回撤通道内垛式支架的工作阻力通常选取12 000 kN或者15 000 kN，回撤通道内垛架支护示意图如图3所示。为了进一步保证支护效果，回撤通道内垛架的工作阻力也在不断增大，目前工作阻力有18 000 kN和25 000 kN，进一步保证了顶板安全。

2 综采面贯通前的调压措施

图3 回撤通道内垛架支护示意图

综采工作面周期来压的位置和来压强度也是直接影响综采设备回撤的重要条件，能否通过人为调节的方法有效地控制周期来压的位置和强度，是决定能否实现快速安全回撤的重要影响因素。为解决该技术难题，大柳塔煤矿通过详细的矿压观测和试验，通过现场反复总结，形成了综采工作面“调整压力”的矿压控制方法，使末采贯通时综采工作面在关键位置避开周期来压，从而保证贯通回撤期间的顶板安全，为综采工作面快速回撤创造良好条件。具体做法是在距离回撤通道200 m时通过调整工作面的推进速度来调整压力，改变工作面的周期来压步距，从而使贯通位置工作面躲开周期来压［2-4］。

以大柳塔煤矿活鸡兔井12207综采工作面的回采为例，在距回撤通道35 m左右时，工作面发生一次周期来压，来压期间综采工作面45#～80#液压支架的安全阀全部开启，压力值达到47 MPa；在工作面回采至距回撤通道31.5 m时，因工作面设备故障而造成停产24 h，导致周期来压步距有所变化，重新生产后，通过采取加快工作面推进速度等手段，并保持工作面采高在3.6 m左右，使周期来压步距得到了有效控制，在回采结束前距回撤通道6 m左右时迎来了最后一次周期来压，从而在工作面贯通时压力得到了充分释放，工作面在贯通后无压力显现。

3 末采贯通质量控制

末采贯通期间综采工作面工程质量的好坏也是直接影响设备回撤速度的主要因素之一，区队在末采贯通期间应严格执行工程质量的保证措施［5-9］。工作面末采期间，让有经验的采煤机司机和支架工上岗，保证工程质量。在末采贯通前，回撤通道正帮施工水平的贯通标识孔，孔的深度通常为10 m，孔间距5 m，孔径90 mm，钻孔高度距底板2.1 m，煤机司机在末采割煤期间以贯通标识孔作为基准进行控制。地测站提前测量回撤通道底板高程，当工作面距停采线50 m时，地测站每日测量工作面底板并与主回撤通道底板高程对比，将数据提供给综采队，煤机司机根据测量高程情况及时调整工作面。底板控制以通道内预设的反光标识为参照，保证工作面底板与通道底板持平，或者可以稍高于通道底板，但高度必须控制在200 mm以内。在距回撤通道20 m时就严格控制综采工作面上、下两巷的进刀量，同时要确保工作面煤壁的平直，通过合理调整采煤机截深来实现工作面与回撤通道保持平行这一目的。工作面严格执行沿底回采，保证好底板平整。控制综采面贯通质量最简单的方法就是把煤层底板作为标志层，沿底板回采，控制采高，进而确保贯通质量。在调整工作面底板过程中，采煤机司机必须严格控制抬、卧底量，每次抬、卧底量不得大于100 mm，并按照执行提（卧）一刀，平一刀的要求，严禁大提或大卧现象的发生。严格执行跟机拉架，拉架滞后采煤机前滚筒不超过3架，保证及时支护顶板。对于断面距大的区域及时拉出超前架，杜绝发生冒顶事故。贯通后扫顶工作要做好，保证工作面顶板和通道顶板持平，偏差不得超过200 mm。拉架过程中及时调整架型，保证架型良好，支架成一条直线。