倾斜综放工作面停采期间支护技术研究

2021-01-21姜志勋

山西冶金 2021年4期

姜志勋

（晋能控股煤业集团北辛窑煤业有限公司，山西忻州 036700）

矿井倾斜综放工作面安全高效的回采是确保矿井稳产增效的前提。随着采煤设备机械化程度的不断提高，容易导致工作面接替紧张的情况。因而，为了提高采煤工作面的接续率，同时顺利保障工作面设备安装回撤是现代化矿井经常面对的问题，这就要求工作面在停采期间做好支护技术管理[1-2]。做好倾斜综放工作面末采期间顶板支护是保障矿井高产高效的又一个重要环节[3-5]，选取适当的施工技术工艺，能够保障停采支护以及设备回撤期间安全高效，降本增效。尽管目前对于综放工作面停采支护技术研究比较成熟，但是，对于倾斜综放工作面停采支护技术需近一步完善，考虑到煤矿井下特殊的作业环境，充分利用井下有限的空间资源，特开展倾斜煤层综放工作面停采期间支护技术研究。

1 工程概况

某矿8103工作面为矿井首采工作面，工作面倾斜长度180 m，开采石炭系太原组2号煤层，煤层平均倾角25°，煤层平均厚度5.6 m，采用综采放顶煤开采工艺，采高3.3 m，放煤厚度2.3 m。工作面装备ZFQ13000/25/38型低位放顶煤液压支架和SL500型采煤机，过渡架为ZFQG13000/27.5/42型。采用全部垮落法管理采空区顶板。

2 停采支护技术研究

2.1 停采线位置的确定

初步确定停采线位置为保护煤柱线，在实际工作中，工作面停采前需将停采线位置布置在受周期来压影响较小的区域。根据周期来压步距、最后一次来压位置、煤层倾角等因素综合考虑，确定停采线位置头巷采位至工业广场保护煤柱线，尾巷滞后头巷16 m。

2.2 末采期间采煤距离的确定

根据距停采线35 m处钻孔柱状图，以及工作面日常矿压观测结果，工作面围岩较不稳定，支架工作阻力平均36 MPa，周期来压步距50 m。从煤层覆岩结构、矿压观测和提高煤炭回收率等方面综合考虑，确定工作面末采只进行采煤，不进行放煤的距离为20 m。

2.3 工作面两顺槽补强支护

8103工作面超前压力对顺槽影响不大，巷道无明显矿压显现现象，但工作面停采时应力持续作用时间较长，为确保巷道安全需提前对两顺槽进行补强支护。

两顺槽原支护形式为锚杆+锚索+钢带支护，锚杆规格为Φ20mm×2200mm，间排距800mm×800mm；锚索规格为Φ17.3 mm×7 300 m，间排距2 100 mm×2 400 mm，3-2-3布置；W钢带规格为250 mm×4 mm，钢带与巷道宽度相对应。

补强支护范围为停采线内16 m，停采线外20 m，补强支护采用4.5 m三眼锚索梁。锚索规格Φ21.8 mm×7 300 mm，锚索间距1.9 m，梁为11号工字钢，排距1 600 mm。两顺槽补强支护必须在距离停采线30 m前完成，施工顺序按照由里向外进行，并确保锚索梁接顶严实。

2.4 工作面停采支护方式

2.4.1 铺联网工艺

工作面到距停采线16 m时开始铺网，考虑到石炭纪系煤层顶板较不稳定，选择聚酯纤维柔性网，沿工作面倾向分三段铺设，网片规格为65 m×18 m。三张网片在工作面中部搭接，搭接重叠部分不得小于3 m。每个搭接网头沿工作面倾向联网三道。

2.4.2 停采期间工作面顶板支护

工作面支护采用'锚杆+钢带+锚索+工字钢+聚酯网'联合支护方式。

支护材料规格如下：W钢带为4 000 mm×250 mm×4mm的3眼钢带，高强度预应力拱形托板规格150 mm×150 mm×10 mm，锚索为Φ21.8 mm×7 300 mm的钢绞线，工字钢为3.4 m长的11号矿用工字钢。

支护工艺流程：距停采线16 m铺网→距离停采线8.9 m打第一排锚索工字钢梁（共打4排，排拒1.2 m）→距离停采线4.5 m打第一排锚索钢带（共6排，排距0.8 m）→打角锚杆（一排，煤壁到停采线位置）→支护帮锚杆（共4排）。

1）第1排-4排。距离停采线8.9 m处开始打4排与工作面平行的'锚索+工字钢'，排距1.2 m。

2）第5排-10排。距离停采线4.5 m处开始，共打6排与工作面平行的“锚索+钢带”，排距0.8 m。

3）第11排。停止扩机道后，在机道顶板与煤壁交叉位置打一排与顶板呈45°~60°的角锚杆，锚杆端部增加W短钢带。

共布置4排“锚索+工字钢”，6排“锚索+W钢带”。“锚索+工字钢”相邻两工字钢梁架间距200 mm，锚索间距1 800 mm，保证锚索布置在相邻两支架之间。“锚索+W钢带”锚索间距1 800 mm，相邻钢带重叠200 mm，重叠部分均采用头压尾的方式。

2.5 末采钢梁支护工艺要求

1）工作面顺槽切顶线距停采线16 m时，在顺槽切顶线位置分别打1个木垛，道木规格2 500 mm×200 mm×200 mm。工作面推进至距停采线12.5~8.9 m时头尾各4架支架顶板施工3排锚索梁，排距1200mm。工作面推进至距停采线位置8.9 m时开始施工第1排二眼锚索梁支护，每推进1.2 m，依次施工第2、3、4排锚索梁。割煤期间通过移架确保工作面控顶距符合规程要求，支护期间通过伸前探梁保证端面距不大于340 mm（顶板破碎时，支架前探梁必须顶住煤壁）。

2）按照自尾向头顺序割煤，采高保持在3.3 m，前部运输机内堆积煤厚度不少于0.3 m，施工人员将网展开，确定好钢梁位置，用2根单体支柱将工字钢梁托起，然后打锚索。

2.6 机道支护

锚索梁支护完成后，工作面每推进0.8 m支一排“锚索+钢带”，支护两排（即第5、6排支护）后，支架停止前移。

支护工艺流程：铺网→割顶煤→机道打钢带锚索→割底煤→打角锚杆→护帮。

支架停止前移后，距停采线3.5 m处开始扩机道。将所有支架的推移连接头与前部运输机摘开，使用单体支柱推移前部运输机，采用远程操作方式，将前部运输机推出，同时将支架周围浮煤彻底清理干净后，将后溜链子拆开，缩减一节溜槽，使后溜头完全缩入支架内（不影响端头架、转载机的前移），然后将运输顺槽的超前支护、端头架随转载机及前部溜一起向前推移，及时进行支护，直到机道宽度达到3.5 m。

1）第4排锚索梁施工完毕后，按照由尾至头方向每割一刀，工作面推进0.8 m，施工第5排W型钢带+锚索支护，先割上刀煤，然后用单体支柱配合半圆木将网托起，作为临时支护,单体支柱间距1.75 m。最后进行锚索+钢带支护，待第5排支护施工完毕后，从头向尾割底煤并扫浮煤。按照上述顺序施工第6~10排支护。

2）第10排支护完毕后，工作面推进0.5 m，在工作面机道与煤壁相交处，支设一排角锚杆，角锚杆规格Φ20mm×2000mm，短钢带规格为450mm×250mm×4 mm，间距1.75 m。