大同矿区白洞矿特厚煤层综放工作面快速撤退工艺探讨

马占新马亚杰

（1晋能控股煤业集团有限责任公司 山西 大同 037003；2山西大学电力与建筑学院 山西 太原 030006）

0 引言

我国是个采煤大国,随着年产千万吨大型煤矿的不断涌现，煤矿综采工作面的快速搬家发挥的作用越来越大,同时存在不少的问题,诸如：撤退三角区顶板问题、上隅角CO超限、后溜子缺氧等问题，目前我国的煤矿综采工作面的快速搬家还不够完善，因此在这方面还需进行深入的研究探讨［1-3］，尤其是特厚煤层综放工作面的快速撤退，为此特提出此项研究课题。

1 白洞矿C5#层301盘区南部8108面概况

8108工作面135.5 m，顺槽长1 456 m，可采长度1 263 m。煤层平均厚度9.85 m，机采3.2 m，放煤6.65 m，采用走向长壁后退式低位放顶煤综采方法。位于301盘区南部，工作面平均标高957 m，煤层倾角大约为2°～6°,瓦斯绝对涌出量：0.96 m3/min，相对涌出量：0.51 m3/t；二氧化碳绝对涌出量：10.23 m3/min，相对涌出量：5.4 m3/t，煤层自燃倾向性等级为II级，自燃倾向性为自燃；煤层有煤尘爆炸性，爆炸指数为36.79%～38.53%，煤层自燃发火期为82天；地温＜26℃，属地温正常区；无冲击地压，地质构造简单。上覆为C3#层8106工作面的采空区，层间距3 m~6 m，对应地面无建筑物。直接顶岩性特征：以砂泥岩为主，灰褐色何灰黑色居多，含有少量煤和泥岩，厚4.39 m。老顶岩性特征：灰白色砂砾岩为主，成分复杂，其中含有部分泥岩，砂岩，页岩，厚6.26 m。直接底岩性特征：深灰色块状泥岩、有少量植物化石。8108工作面运输系统图详见图1。

图1 8108工作面运输系统图

2 白洞矿C5#层301盘区南部8108面的快速收尾撤退的研究

2.1 白洞矿C5#层301盘区南部8108面的收尾撤退时的特殊条件

8108工作面采至2020年6月8日（采位为1 225 m），出现了CO超限情况，大致情况为：工作面从尾到头一直下降，尾架位置CO浓度为120 ppm，至到第36＃架CO浓度下降为24 ppm。分析原因为：8108工作面实际开采为：自2019年3月开采至2020年6月结束，月平均推进度79 m，推进速度慢；同时该区域属于C3#与5#层分岔合并区，根据及矿山压力相关理论，8105面出现超前支撑压力及周期来压时矿压显现现象［1］，超前支护长度由原来的50 m变为100 m，周期来压步距由30 m变为40 m，两种因素互相作用，导致8108面收尾撤退时CO超限、工作面顶板破碎、超前压力大等困难较大，属于特殊条件下的收尾撤退。《8108工作面开采进度图》详见图2。

图2 8108工作面开采进度图

2.2 白洞矿C5#层301盘区南部8108面的收尾撤退时的规律总结

3“+”工艺：即是3个加强工艺，分别是:1个“+”：即加强设计工艺:1个“+”：即加强现场工艺；1个“+”：即加强组织工艺。

2.2.1 加强设计工艺

（1）上停采网起点时，由原来的用2寸水管作为铺网起点加强为采用钢丝绳+压网锚杆作为铺网起点，既使网铺的平而且直，又可以防止网被搓起拉破。

（2）在停采时支架主顶梁上支护由原来的钢带+锚杆+锚索加强为工字钢梁沿倾向迈步式布置，为由于该工作面与上覆采空区层间距为3 m~6 m，无法保证工作面支护能有效锚固在稳定岩层内，同时在撤退时顶板又难以及时软拖直至垮落，因此采用工字钢梁沿倾向迈步式布置。

（3）在停采时顶网由单层8#铅丝菱形网，加强为双层8#铅丝菱形网。

（4）撤退时，通风系统由于上隅角等CO超限，由原来的辅运顺槽进风加强为由运输顺槽进风，即不倒通风系统。

（5）在撤退时，采空区管理采用由原来的注氮（配合束管监测）+注阻化剂，加强为注氮（配合束管监测）+注阻化剂+端头封堵+喷涂瑞克高分子材料+弱均压风机。具体方案如下：8108工作面采用U形通风方式，无升压巷，2108巷为进风、运煤顺槽，5108巷为回风、运料顺槽，进风风量：833 m3/min，回风风量：1 039 m3/min，采用如下加强措施：

①注氮（配合束管监测）

a.井下注氮硐室内，运行3套制氮机，其中一套开启一台空压机，其他两套均开启两台空压机，向8108采空区注氮，注氮管路埋进采空区26.5 m处注氮，流量分别为841 m3/h，浓度98.4%；流量为496 m3/h，浓度98.1%；备用制氮机流量405 m3/h，浓度98%。

b.临时制氮机

新稳设注氮车，第二趟注氮管路铺设到位，第二趟埋入采空区9 m，流量为501 m3/h，浓度98.6%。累计共向采空区注氮量2 243 m3/h。

②端头封堵

工作面头、尾端头进行封堵，随后对工作面头端头封堵墙和1#、2#、3#支架间喷涂了瑞克高分子材料，使用瑞克材料1.5吨。

③弱均压风机

在5105巷回风顺槽风门外安装2×15 kW弱均压风机，使用直径600 mm螺纹风筒，供风距离300 m，风机吸风128 m3/min，风筒末端出风57 m3/min。

④注阻化剂

8108工作面11#-12#、37#、47#-48#支架处的3个孔注阻化剂。阻化剂使用600 kg。

（6）在停采时，停采线原设计位置为采位1 280 m处，根据工作面最近一次来压采位为1 248 m，周期来压步距约为40 m，及相对上覆C3#层南部8106工作面停采线位置应内错20 m避免应力集中区，因此加强为停采线位置为采位1 263 m处。

2.2.2 加强现场工艺

（1）撤退时运输顺槽的轨道为24K铁轨，加强为32K铁轨，并且及时重新钉好道。

（2）撤退时，为了工作面和运输顺槽平行施工，提前回撤头端头1#、2#、尾端头93#、94#支架，之后端头支护加强为两组支架处补打单锚索和在支设木垛锁口。

（3）撤退时，把运输顺槽起吊吊盘加强为起吊11#钢梁。

（4）撤退时，把掩护支架由2架迈步式掩护方式，加强为3架并排式掩护方式。

（5）撤退时，把撤架三角区域维护由支设木垛+木点柱+单体支柱，加强为先木垛锁口+迈步式掩护架支设走向11#工字钢梁+临时单体支柱维护方式［4］。8108工作面撤退三角区加强支护平面图详见图3。

图3 8108工作面撤退三角区加强支护平面图

（6）撤退时，把运输顺槽过下伏盘区皮带巷的轨道经过段，由石渣垫道+道木加强为硬化路面+轨道并在下伏巷道支设木垛加强支撑力。

（7）撤退时，局部地点出现低氧区，采用在回撤通道打“L”型风障引流，加强后溜区间撤退时期的工作人员的用风管理。

2.2.3 加强组织工艺

（1）在撤退后溜时，为了防止出现低氧区，对后溜区域由一般区域加强为禁区管理，即在撤退时，若辅运顺槽风门开关时，该区域严禁有人员进入，待风流稳定后再进行回撤施工。

（2）撤退时，由原来的按工期施工法加强为倒排工期施工法，保证了每天的任务完成。

（3）撤退时，由原来的安全生产系统副总工程师（助理）以上管理人员跟班，加强为安全生产系统副总工程师（助理）以上管理人员+各专业业务骨干组成的专家组管理人员跟班。

（4）收尾撤退时，由原来的综采队+掘进队完成，加强为收尾撤退总综合队（包括采、掘、机、运、通各专业队组）。

3 白洞矿C5#层301盘区南部8108面实践验证

通过采用3“+”工艺，在白洞矿实现了快速收尾撤退并得到验证。

具体施工情况：

（1）2020.6.13日开始上停采第一茬网，至2020.6.25停采完毕；

（2）2020.6.26开始撤退，至2020.7.29三机撤退完毕；

（3）2020.7.30开始撤支架，至2020.8.21撤架完毕。

（4）其中矿井及工作面有如下影响因素：

①车辆的运输受该盘区运输能力限制（无车场单轨道无极车），空车与重车必须在930暗斜井上错车，对撤退进度有很大影响，影响时间累计8天。

②受运输系统的高度限制，支架装车采用侧卧位置装车，使用40T锚链配合ϕ30 mm和ϕ20 mm螺栓固定在装架车上，装架车需现场加工串螺栓孔洞，并且需将支架前探梁和后尾梁油缸销拆下，使支架前探梁及后尾梁可折叠固定，工艺工序复杂繁琐，影响时间累计10天。

③皮带大仓、转载机、破碎机、自移尾等固定设备的螺栓大都锈死，拆解困难，尤其是端头支架空间狭窄，销子多数有锈蚀、变形情况，只能用甩锤拔，进度缓慢，影响时间累计5天。

④皮带巷需完善运输系统，对原有轨道进行拨道、修道、垫道，以及清煤泥、硬化、养护，影响时间5天。

⑤后溜尾未打绞车硐室、稳车，因此传溜槽困难，需要在后溜尾处打传后溜槽牵引锚索，共计打锚索24个，影响时间2天。

⑥由于开采速度慢，使工作面上覆采场顶板应力出现显现，因此在撤至47#-10#支架范围内，出现顶压增大，顶板下沉现象，同时部分支架后柱行程较小，降架、撤架困难，影响时间累计5天。

（5）8108工作面收尾撤退共用时70天，其中由于矿井及工作面影响35天，实际用时为35天。

4 结论

通过采用3“+”工艺，实现了大同矿区的特厚煤层综放工作面在特殊条件下快速收尾撤退，创经济效益约120万元左右，同时也实现了安全零事故，并为矿区的社会稳定做出贡献。