三掩护支架及三角区支护配套撤架技术研究

刘 阳 温 森 夏玉洁

（1.晋能控股集团综采装备安装分公司，山西 大同 037001；2.晋能控股集团中央机厂，山西 大同 037001）

在特大型煤矿综采设备的回撤过程中，对液压支架撤架期间三角区的顶板维护又是液压支架安全撤出的关键。采用单掩护支架或双掩护支架支护，对三角区空顶通常不支护或者采用“单体+木垛”方式支护，会造成掩护支架上覆顶板支护强度不足，需要在紧随掩护架后方搭设大量木垛进行支护。特别是三角区空顶面积大，易造成顶板下沉、古塘压力涌现甚至发生漏煤事故，支护成本高，单体回收困难。为此，在同忻煤矿三盘区8310 回撤工作面改进回撤技术[3]，采用了“三掩护支架撤架及三角区支护配套撤架技术方案”。

1 概况

8310 工作面倾斜长度235 m，走向长度686 m，工作面煤层厚度10.21～16.13 m，均厚14.06 m，在工作面采位676 m 处划定停采线。8310 工作面开采煤层为石炭系3-5#煤层，含5 层夹矸，夹矸总厚度为2.32 m。煤层直接顶为厚度3.11 m 的炭质泥岩，基本顶为厚度12.71 m的粗、细砂岩，直接底为厚0.49 m 的高岭岩，基本底为厚5.18 m 的细砂岩。

2 停采支护设计

（1）工作面推进到距离停采线17 m 时，整体开始沿工作面方向从头至尾铺设两块123 m 聚酯纤维柔性网[4]，网规格为JD PET900×800MS 柔性网。

（2）支架主顶梁上与工作面平行布置四排“锚索+工字钢”。锚索规格Φ21.8 mm×8300 mm，工字钢为3.8 m 长的三孔11#矿用工字钢。

（3）平行工作面布置6 排“锚杆+钢带”，采用Φ22 mm×2800 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，BHW3500 mm×280 mm×4 mm 三孔和五孔两种钢带。

（4）机道布置1 排“组合锚索”，每组锚索为三根Φ21.8 mm×10 300 mm。

（5）护帮支护采用3 排“锚杆+钢托板”，采用Φ20 mm×2500 mm 左旋无纵筋螺纹钢锚杆。

（6）机道维护：在机道工字钢前端梁头400 mm 处支设一根单体液压支柱。

（7）扩宽区域支护：工作面头、尾扩宽区域支护采用组合锚索和“钢带+锚杆”支护方式与机道相同，11#矿用工字钢长度为6 m。

（8）两巷补强支护采用组合锚索进行顶板补强支护，顶板破碎处加铺单层菱形金属网护顶。

3 三掩护架撤架及三角区支护

（1）第一步：如图1 所示，124#支架撤出后，将1#掩护架顶梁降下并向前迁移至前探梁距123#被撤支架200 mm 位置，然后放低1#掩护架前探梁，由三人将预先准备好的1#工字钢梁横置于距123#被撤架侧护板1200 mm 且靠古塘侧外露1100 mm，随后将1#掩护架顶梁完全升起接顶，升架时动作要缓慢，顶梁要尽量水平上升，避免钢梁发生侧滑，最后在124#支架原后尾梁位置搭设一个小木垛戗压。

（2）第二步：将2#掩护架顶梁降下并向前迁移至前探梁距123#支架200 mm 位置，将其升起接顶并且压住1#钢梁另一端850 mm 长度，然后将预先准备的1#单体柱支设在1#钢梁靠古塘侧一端，最后将3#掩护架向前牵引1750 mm 距离并升起接顶。该支护结构形成了一个“门式”构造，单体柱与1#、2#掩护架作为支腿将钢梁撑起撑住三角区顶板且单体柱挡住了古塘侧压力。

（3）第三步：降下123#支架，并收回前探梁后尾梁。将滑轮固定在3#掩护架底座上，利用回柱绞车将被撤架抽出，脱离滑轮，用绞车将被撤支架调向并拉出至机道，待支架搬运车[5]装车运走。

（4）第四步：123#支架撤出后，将1#掩护架降下，迁移至前探梁距被撤架200 mm 左右位置。由于1#钢梁有1#单体柱和2#掩护架作支撑，对顶板支护仍有效，具体步骤按照第一步要求进行，之后将2#掩护架向前迁移。

（5）第五步：将预先准备好的2#单体柱支设在2#钢梁靠古塘侧一端，将3#掩护架向前迁移一定步距。

（6）第六部：被撤122#支架撤出后，古塘侧压力势必跟进，要及时在压力较高区域打设小木垛进行戗压，如图1 所示。之后人员站在1#掩护架内对1#单体柱卸压、放倒并归置到1#掩护架侧，用链条将1#单体柱与109#掩护架底座连接。

（7）第七步：降下1#掩护架，迁移至预定位置，1#单体柱随之迁移至下一根钢梁位置，节省了人力搬运。此时1#钢梁只受2#掩护架的支撑，但不会坠落。之后按照第一步工艺放置横梁，待1#掩护架升起接顶后，继续迁移2#、3#掩护架。

（8）第八步：将放倒的1#单体柱支撑在3#钢梁古塘侧一端，1#、2#、3#钢梁均布在109#掩护架左右两侧，配合单体柱和1#掩护架做支撑，对三角区顶板起到控制作用，同时分担了2#掩护架上方顶板压力，在迁移过程中防止了顶板下沉。

在为期20 d 的施工中，三掩护支架及三角区支护配套撤架技术在8310回撤工作面成功应用，如图2。

图1 三掩护支架及三角区支护配套撤架技术工艺图

图2 三掩护支架及三角区支护设计断面图

4 应用效果

三掩护支架及三角区支护配套撤架技术应用效果明显，现场施工图如图3。该技术具有以下优势：

图3 现场施工图

（1）三掩护架布置方案较双掩护架布置方案，缩小了三角区空顶面积。

（2）增大了三角区顶板支护强度，保证掩护支架或被撤支架顺利迁移。

（3）缩短了掩护架架间距，增大掩护架上覆顶板的支护强度，避免了掩护支架压架事故。

（4）减少了单体及木垛等支护数量，经济效益明显。

（5）增加了一个掩护架，更加靠近古塘侧，人员对三角区空顶进行支护作业时，可以在掩护架内进行操作，减少了安全隐患；同时在回收单体时，人员可以站在靠古塘侧掩护架内进行操作，人员的安全有了更大保障。

5 结论

（1）三掩护支架撤架工艺，可以节省道木3500 根、单体20 根，提前4 d 完成了工作面撤架，一个工作面138 个支架节约费用94.5 万元。

（2）使用三掩护架进行撤架，较以往多一个掩护架，增加了对古塘侧顶板的支护力度，缩小了三角区空顶面积，降低了被撤支架以及1#掩护架被压死的风险，增加一条安全通道。