大倾角特厚煤层综放工作面回撤优化与实践

梁则虎，刘子坤，苗 峥

(陕西泰盛能源工程有限公司，陕西 咸阳 712000)

0 引言

彬县煤炭有限责任公司下沟煤矿位于陕西省彬州市，隶属于彬县煤炭有限责任公司，行政区划属彬州市城关镇管辖。矿井位于陇东黄土高原的东南部，南高北低，南部为沟谷切割地貌，泾河由井田北部流过，地表为泾河河滩地与台地。井田东西长3.7～4.5 km，南北宽3.0～3.7 km，井田面积为10.31 km2，地质储量22 203.4万t，采掘均采用国内先进设备，机械化程度达到100%。矿井ZF202工作面为特厚煤层大倾角综放工作面，揭露异常地质构造，回撤通道顶底板条件差，倾角大，综采设备数量多、选型重，工程施工条件复杂，工序繁多，技术难度大，工期尤为紧张。针对该工程施工技术难点，在借鉴类似大倾角工作面回撤经验的基础上，进行了回撤方案优化。

1 工程概况

1.1 工作面概况

ZF202工作面是下沟煤矿402采区第2套工作面，东为402采区上山，西为403采区上山，南为ZF203工作面未采实煤体，北为ZF201工作面采空区。采用单一走向长壁采煤方法综合机械化放顶煤开采工艺，全部垮落法管理顶板，工作面走向长度1 060 m，倾向长度120 m，可采长度900 m，平均煤厚14.5 m，可采储量145.69万t。标高位于+537～+621 m之间，埋深约380 m，为南北倾斜的单斜构造，倾角19°～38°，煤层伪顶、直接顶为泥岩、薄煤、砂质泥岩与细粉砂岩，平均厚度5～10 m；基本顶为细砂岩、砂质泥岩，厚7～13 m，属二级二类顶板，较易冒落；底板为铝土质泥岩，平均厚度3～5 m，遇水易膨胀。工作面地质条件较复杂，回采期间相继揭露数量较多的小断层、褶曲构造，裂隙、节理发育，顶板破碎，底板松软。煤层属于Ⅱ类，自燃煤层，自然发火期为3～5个月，最短发火期26 d。

1.2 回撤工程概况

下沟煤矿ZF202工作面设备回撤工程主要有：回撤工作面综采设备，包括工作面顺槽皮带机、转载机、前后刮板输送机、采煤机、液压支架、乳化泵站供液系统、供排水系统、供电系统、供风系统、辅助运输系统、超前支护等设备设施，合计各类设备6 194件，总重量3 574.9 t，详见表1。

表1 ZF202工作面主要回撤设备情况

2 工程难点及施工安排

2.1 工程难点分析

近年来我国煤矿地下开采机械化水平得到了快速提升，部分矿井、工作面已经迈向信息化、智能化[1-2]。但是综放工作面收尾、回撤，受辅助装备水平及技术水平制约，还存在一定的局限性[3-5]。特别是大倾角、松软围岩、易发火、高产放顶煤工作面，设备回撤条件更加困难，技术难点更多。下沟煤矿ZF202工作面回撤工程主要存在以下5个方面的技术难点。①工作面重型设备数量多、体积大，ZF202工作面切眼长120 m，装备有各类支架81副，单架重量约30 t，其余刮板机、转载机、采煤机等设备合计重806 t，总回撤装车数量为155车。②回撤通道布置在地质异常构造区，通道上部顶板破碎，支护困难，中部底板松软，设备行走易倾倒[6-7]。③工作面倾角大，23°～27°，平均25°。支架下行回撤时移架、稳架困难，必须增加专用稳架绞车，技术要求高。④工作面下部装车平台底板泥岩揭露，支架移动时极易钻底、倾斜，调向难、起吊难、装车难。⑤工作面通风通道支护难度大，材料运输难、三角区维护风险高。通风通道采用2.4 m长圆木搭设木垛支护，三角区采用单体液压支柱交替支护。由于工作面坡度大，木垛支护材料只能人力抬运，行走困难；三角区上覆岩体载荷垂直向下，失稳垮落后易向支架架侧冒落，支柱回收难。

2.2 回撤工序安排

2.2.1 工序安排及进度

工作面回撤主要分两部分，第1部分为三机回撤，第2部分为液压支架回撤。为提高工效、节约工期，避免采空区自然发火[8-10]，工程施工过程中，坚持合理调度人员及车辆，合理安排施工工序，实现平行作业。本次回撤共发生33道工序，其中16道工序平行作业，如图1、2所示。本次回撤自3月27日开始，4月20日结束，合计工期23 d，较下沟煤矿大倾角工作面回撤历史最短工期提前7 d。直接节约人工成本18.72万元，见表2。

表2 ZF202工作面设备回撤进度分析表

图1 ZF202工作面设备回撤工序示意

2.2.2 各工序内容

ZF202工作面设备回撤工序详细内容如下。①解体后部刮板输送机；②回撤后部刮板输送机(机头段以外)；③解体采煤机；④解体皮带机；⑤解体转载机；⑥解体破碎机；⑦回撤采煤机；⑧解体前部刮板输送机；⑨回撤前部刮板输送机(机头段以外)；⑩回撤皮带机；回撤转载机机头段；回撤破碎机；回撤转载机机尾段；回撤端头支架；回撤前刮板机机头部分；回撤后刮板机机尾部分；重新铺设运输顺槽轨道；安装工作面回柱绞车；安装双轨吊；回撤工作面末端过渡支架(回撤正副端头处压设木垛，三角区每撤1架，支护1次)；形成工作面回撤通道掩护支架；回撤工作面中后部基本支架(每撤1架，三角区支护一次，每撤2架，掩护架后压设木垛一组)；拆除工作面中部通道安装的1#回柱绞车；回撤工作面中部基本支架；下移工作面中部2#回柱绞车至工作面8#～9#架前并安装；回撤工作面中前部基本支架；拆除工作面前部8#～9#架前回柱绞车；回撤工作面前部支架；拆除工作面回撤通道正端头2台回柱绞车；前移工作面1#过渡架；回撤工作面掩护架；撤出工作面1#过渡架；工作面正端头安全出口处压设木垛。

图2 ZF202工作面液压支架回撤示意

3 施工管理及回撤方案优化

3.1 施工管理

3.1.1施工安全管理严格

坚持管理人员现场带班、交接班制度，切实履行带班职责，发现问题立即改正；坚持对违章违纪行为零容忍；坚持技术培训；坚持开工前设备、环境安全确认；坚持规范施工。及时组织人员清理通道浮煤、抽排管路回水，杜绝作业环境中的潜在风险，影响安全。本次工作面设备回撤过程中未发生任何滑架、倒架及人身安全问题，实现了工作面安全高效回撤。

3.1.2 劳动力组织科学合理

根据不同工种及岗位，根据人员特长，将强兵干将安排到重要岗位，保障工程顺利实施。参与本次工程共有106人，其中队干6人、技术员2人、办事员1人、材料员1人、班长8人、职工88人。工作面回撤期间平均日出勤78人，出勤率88.6%，人员队伍稳定。

3.1.3 准备工作超前到位

工程开工前，安排人员提前对皮带机、转载机、破碎机等设备螺栓润滑松动，对液压支架前后立柱加长杆销子进行松动。回撤通道施工期间采用高强度锚杆对顶板补强支护，严抓工作面工程质量管理，做到“三直、两平”，支架回撤期间未发生压架现象。为保证支架顺利运输，将原偏离巷道中心轨道拨至巷道中心，并加密枕木，同时对ZF202工作面运输顺槽联络斜巷轨道进行起底重新铺设，并对ZF201回风顺槽轨道、道岔重新铺设。提前施工水仓，开挖水沟，及时抽排工作面液压支架供回液管路回水。提前检修专用大平板车20辆，小平板车20辆，加工准备各类工器具。

3.2 回撤方案优化

3.2.1 优化思路

工作面设备回撤过程中，液压支架能否安全、顺利、高效回撤一定程度上决定了工作面回撤质量和工期。为确保ZF202工作面安全、快速、高效回撤，泰盛公司组织专业技术人员多次召开专题会议，在借鉴类似大倾角工作面回撤经验的基础上，对该工作面设备回撤方案，特别是对液压支架回撤方案进行了改进优化，采取了一系列强有力的措施，在回顺超前支护段安设绞车，替代施工绞车硐室，节省硐室掘进投入，降低了施工成本。同时利用该部回柱绞车稳定掩护架，避免了掩护架由于工作面倾角过大发生下滑和倒架的影响，确保了施工安全。在工作面液压支架回撤下放过程中，利用回顺超前支护段回柱绞车和其余支架护帮板相互配合，解决了液压支架下放时由于工作面倾角过大容易倾斜的问题。将支架装车点布置在工作面运输顺槽超前支护段，避免了工作面通道撤架和装架工序之间相互干扰，缩短了回撤时间，提高了安全系数。

3.2.2 优化结果

采用下行回撤方式回撤液压支架(即将支架从工作面运输顺槽撤出)，解决了上行回撤由于工作面倾角过大绞车拉力不足问题，避免选型大型绞车，减少设备投入，实现了较好的安全、经济、技术效益。由于工作面直接底板多为铝土质泥岩，随着通道回撤支架数量增多，底板堆积的浮煤也随之增多，回柱绞车撤架过程钢丝绳承受的拉力也逐渐增大，为了降低绞车运行阻力，通过及时清理底板浮煤，在中部底板较软处铺设原木等方式对底板进行了加固，确保了支架回撤全过程作业安全，提高了回撤工效。杜绝了工作面设备解体及回撤期间使用电氧气焊的现象，降低了工作面防灭火压力；同时，提高了工作面液压支架回撤工效，避免了由于工作面倾角过大在下放支架时出现倒架现象，创造了下沟煤矿大倾角工作面单班支架回撤4架，装车4架的的纪录，使得回撤工期及工序未受任何影响，支架回撤12 d完成，较原计划14 d工期提前2 d。

4 结语

下沟煤矿ZF202工作面设备回撤工程是陕西泰盛能源工程有限公司承接的生产服务类工程，公司通过加强施工过程安全管理，科学合理组织劳动力，强化施工准备期作业工序，改进优化工作面支架回撤方案，从根本上解决了特厚煤层大倾角工作面设备回撤过程顶底板条件差，倾角大，设备数量多、选型重，施工条件复杂，工序繁多，技术难度大，工期紧张等诸多难题。工程施工实际工期用时23 d，较计划工期提前7 d，共回撤ZF10000/18/33型基本架74架，ZFG10000/19/33H型过渡架7架，端头支架ZFTZ20000/23/34一组，前后刮板输送机(SGZ800/400)各一部，采煤机MG300/700-WD一台，转载机SZZ900/400一台，破碎机PCM250一台，DSJ1200/2×315胶带输送机一部。创造了下沟煤矿大倾角特厚煤层工作面设备快速回撤的新纪录，为类似条件下工作面设备回撤积累了宝贵经验。