浅谈“刀把式”综采工作面的防坠包支护

王 锐

(潞安环能股份公司 王庄煤矿，山西 长治 046031)

在煤炭开采过程中，常会遇到煤层不稳定、地质异常构造等特殊情况，必然会提升巷道掘进和围岩支护难度，同时工作面的安全高效回采得不到保证[1-2]。如果放弃这些煤炭资源，必然会降低资源利用率，对煤炭企业的长远发展产生影响。目前，为了解决该类问题，往往采用“刀把式”工作面，避开井田范围内的特殊构造，利用工作面切眼对接技术进行回采，刀把位置及个数按照实际采掘情况进行划分设计。然而，受到地质条件、采空区塌陷等影响，在缩切眼过程中，切眼机头和机尾处容易出现塌落，坠包严重，影响正规作业。为了保证工作面有足够巷道空间去回收设备，必须对巷道进行防坠包支护。王庄煤矿8102工作面同时受到8103、8101工作面采空区影响，以及区域断层等地质异常影响，传统一梁两柱防坠包支护方式不能起到很好的支护作用，并且传统方式比较占据巷道空间，直接影响设备回收作业，因此本文根据8102工作面实际情况，对传统支护方式进行了改进。

1 8102工作面概况

8102工作面位于王庄煤矿+540后备区81采区北部，煤层厚度稳定，为5.8 m，夹矸总厚0.40 m，工作面运巷开口处标高为+516.8 m，切眼开口处标高515.6 m，煤层整体上为一由北向南方向倾斜的单斜构造，倾角1～9°，采用综采放顶煤工艺，采放比1∶1.3。由于受到8103工作面、8101工作面采空区影响，以及采区范围内F288、F320断层等地质构造影响，设计8102工作面为“刀把式”工作面。工作面设计长切眼227 m，布置ZF8000/20/38型中间架139组，计划回采长度345 m，缩切眼后短切眼长度93 m，布置ZFG9600/23/38型中间架59组、排头架3组、排尾架6组，见图1。按照8102“刀把式”工作面设计要求，工作面首先在71胶带运输巷布置8102风运两巷，巷道均沿煤层底板掘进，待工作面回采至345 m处停采，然后在71胶带运输巷开口掘进8102新运巷，工作面共用8102风巷回风系统。缩切眼后的工作面风巷长445 m，断面尺寸为4.5 m×3.2 m；运巷长445 m，断面尺寸为5.0 m×3.5 m；均采用全锚网支护。工作面煤墙打有树脂锚杆且上网；结采时工作面采用工字钢搭在支架前端配合点柱对撤架空间进行支护，风运两巷架设超前维护棚进行支护。

图1 8102“刀把式”工作面设计示意(m)

2 缩切眼防坠包施工

2.1 防坠包方案确定

经观测，8102工作面风运两巷的矿压正常，8102切眼机尾压力较大，已经架设一梁四柱排型梁棚加强支护，8102切眼机头处塌落坠包情况严重，巷道压力较大，该位置原支护棚梁已压弯变形呈“U”字型，经过观察有进一步下沉的迹象。顶板进一步下沉会影响缩切眼正常的出架，由于现场空间较小，无法再一次有效架设大板棚或十字梁棚，因此为预防顶板坠包进一步破碎下沉，影响缩切眼回收支架时正常的出支架，在进入8102缩切眼作业之前要做好顶板管理工作，保证缩切眼期间液压支架的正常回收上井。经过井下调研确定方位并及时绘制图纸，打设起吊梁严格按照图纸施工作业。在井下现场测量所需工字钢的长度，经过测量需要长度为3 m的工字钢6根。在井上提前准备好所需材料，准备6根长度为3 m的工字钢，并对工字钢烧孔处理，每根工字钢中间空处烧3个直径为28 mm的锚索打设预留孔，以便于井下吊挂并固定工字钢梁。

2.2 具体施工情况

如图2所示，在8102切眼机头处棚梁中心变形的最低位置，由相关作业人员打设锚索，分别平行于排头架方向通过锚索将两排工字钢并向吊设加固，每排布置3根工字钢，工字钢的排距为0.5 m(由于棚梁已经变形严重，为了加强吊设效果，以防棚梁中心变形下坠程度进一步加重，所以排距不宜太大)，同时工字钢要保证紧贴顶板，确保支护效果良好，防止顶板进一步下沉，锚索要紧固到位，同时拴好铁丝，防止锚索掉落伤人。

图2 缩切眼防坠包具体设计

1) 搭设工作台。在巷道两帮及中间放好铁凳，铁凳上架设3块4 m长、50 mm厚、300 mm宽的优质架板，搭设好牢固的工作台。架板要用铁丝同铁凳联在一起。

2) 打锚索。人员站在工作台上，按照提供的图纸，将固定起吊梁的锚索打设好，每个梁卡需要打设两根锚索固定。锚索采用130型钻机、B19六棱钢钻杆及D30 mm钻头进行施工。打锚索施工工艺同前。

3) 上梁和张拉。用梁卡安装时，在锚索打好之后，工作台上一端站两个人，台下4人抬起工字钢梁将一端交给台上两人，然后将另一端交给台上的另两个人，台上人员配合将工字钢梁一端放入梁卡内，然后再将工字钢梁另一端窜入梁卡内。锚索凝固40 min后，将锚索穿过专用梁卡两侧的预留孔，上好锚索钢板及锁具，挂好张拉千斤顶，开泵张拉。张拉时，两人操作，一人在工作台上安装，另一人操作油泵。期间要观察钢绞线外端受力及压力表读数，达到210 kN时，停止张拉，卸下千斤顶，钢绞线外露150～250 mm。20 mm厚钢板制作的普通梁卡安装时，台上两人配合将工字钢梁抬起到已打设好的两组锚索(一组为两根锚索)中间，然后台上另外两人将锚索穿过梁卡两侧的预留孔托住工字钢，上好锚索钢板及锁具，挂好张拉千斤顶，开泵张拉(张拉操作同上)。待锁具上好后，用10号铁丝将锁具捆绑牢固。

3 施工效果

此种支护方式，利用锚索、工字钢和铁丝辅助，不仅节省了支护材料，同时也节省了巷道空间，确保缩切眼期间回收的支架可以正常通过巷道运输上井，大大缩短了架棚的作业工期，并使顶板破碎的坠包得到了有效支护。该方法只需3～4人配合即可完成(普通架棚需要6～7人配合完成)，大大节约了人力和物力。8102“刀把式”工作面缩切眼防坠包支护方式为王庄煤矿类似工作面支护提供了良好的经验，对煤炭资源的安全高效回收具有重要意义。