坚硬顶板综采面过空巷快速施工撤架通道技术研究

侯波涛

（晋能控股煤业集团晋城煤炭事业部，山西 晋城 048000）

综采工作面撤架通道是工作面回采结束时能够顺利回撤机电设备及液压支架的安全保障，撤架通道尺寸必须综合考虑液压支架参数、顶底板条件、风量需求等进行科学设计，在满足需要的前提下应尽可能缩小撤架通道断面，避免出现不足或过度过剩现象[1-3]。目前，综采工作面撤架通道施工一般分两种工艺：一是预先施工，即在停采线位置提前掘进出撤架通道，工作面直接推进至撤架通道后停采；二是即时施工，即工作面推进至停采线位置后利用采煤机或综掘机割煤，并利用锚杆、锚索、单体柱架棚等支护形成撤架通道[4-9]。

1 基本情况

1.1 工作面参数

王台铺煤矿15#煤层位于太原组底部，直接顶和基本顶均为K2 厚层石灰岩，厚度8.41～10.26 m，属坚硬类不易垮落顶板。XV3308 综采工作面煤层厚度2.23～2.78 m，平均2.67 m，煤层倾角1°～4°，平均3°。工作面在圈定过程中受小窑巷道影响，为最大程度回收煤炭资源，工作面被圈定为不规则工作面。其中，一阶段走向长度为51 m，倾斜长度为66.6 m；工作面二阶段走向长度为229.9 m，倾斜长度为180 m；工作面三阶段走向长度为75.8 m，倾斜长度为120 m。工作面采用U 型通风方式，XV33083 巷为进风顺槽，XV33081 巷为回风顺槽，如图1。

图1 XV3308 综采工作面布置图（m）

工作面端头布置2 架ZT16000-16/30 型支架，第一切眼布置ZZ8000-17/32 型液压支架44 架，推进至与第二切眼对接后为119 架，推进至联络横川需回收液压支架及工溜中间槽40 套后剩余79 架继续向前推进，因此，工作面在中期向后期过渡时需要过联络横川（空巷）同时施工撤架通道作业。

1.2 联络横川（空巷）情况

联络横川在工作面圈定过程中为满足生产系统需要而施工。联络横川平行于工作面，巷道净宽×净高=4.4 m×2.5 m，巷道长度为60 m。巷道支护方式为锚杆、锚索、钢带联合支护。顶板4 根锚杆矩形布置，间距1.2 m，排距1.5 m，顶锚索线形布置，排距4.5 m，顶板挂金属网；两帮3 根锚杆矩形布置，间距900 m，排拒1.5 m，两帮挂金属网。联络横川断面支护图如图2。

2 施工前准备

为避免XV3308 综采面在利用联络横川施工撤架通道作业过程中受坚硬顶板周期来压影响，提前采用水压致裂工艺对采面顶板进行弱化处理的同时补强联络横川支护强度。

2.1 顶板补强支护

超前工作面回采进度100 m 在联络横川内原顶板单排锚索支护的基础上完成补强支护，在顶板上按2 m 间距、4.5 m 排距矩形布置补强支护两排SKP22×1/1770×7300 锚索，与原顶板单排锚索成“五花”布置，如图3。

图3 联络横川顶板补强支护图（mm）

2.2 顶板水力压裂

根据XV3308 工作面回采期间矿压资料分析，工作面支架工作阻力整体保持中低数值，一般在3000～5000 kN，工作面每推进12～15 m 支架工作阻力有增大趋势，达到5000～7000 kN，推断工作面周期来压步距为12～15 m。为保障工作面在推进至联络横川时顶板能及时完全垮落，减弱工作面过空巷时的矿压显现，顺利完成联络横川段过空巷和末采作业，在XV33081 巷内在原水力压裂设计钻孔的基础上再对联络横川后方工作面顶板进行水力压裂。

在联络横川内补充施工7 个钻孔，孔间距10 m，倾角为15°，压裂高度为10.9 m，钻孔长度42 m，钻孔方向朝XV3308 工作面采空区，如图4。钻孔采用Φ56 mm 的钻头钻进，并利用KZ54 开槽钻头，分别在10 m、20 m、30 m、38 m 处开槽，38 m 处开槽后继续钻进至40 m，用静压水将钻孔冲洗干净,安装封孔器后用高压水泵逐段进行水力压裂。

图4 联络横川顶板水力压裂图（m）

2.3 调斜工作面

按照15#煤过空巷经验应将工作面进行适当调斜并快速推进，但本次过空巷同时需施工撤架通道进行上网联绳作业，为满足撤架通道工程质量又必须保证80#～119#架与空巷平行，采取缩短撤架通道施工时间来避免过空巷压力对工作面造成的影响。

（1）工作面利用走机尾不插刀的方式在距空巷30 m 时将工作面调斜完毕，使工作面机头超前机尾12 m 并保持继续推进（80#架超前119#架4 m），同时保证溜子直线度且在推进过程中控制好溜子不窜后，如图5。

图5 工作面调斜示意图（m）

（2）提前在XV33081 副巷迎头朝工作面方向施工一个15 m 的钻孔，当工作面揭露此钻孔后，每班在该钻孔内重新打钻通过钻杆数量来确定80#架距联络横川的距离，通过与机尾距联络横川的距离相比较，在保证支架和溜子直线度的前提下，利用机尾“磨三角”的工艺将80#～119#架调整至与空巷平行，并在距停采线12 m 时调整到位然后停架开始进行上网作业。

3 撤架通道施工方法

3.1 上网联绳

（1）以联络横川西侧煤帮为停采线，工作面机尾支架停架距离事先测量好（距联络横川东侧煤帮8 m）在XV33081 巷工作面煤体上用红漆标出，距空巷50 m 时在联络横川内顶板上距停采线2.5 m 外按照400 mm 间距在顶板金属网上联好2 趟钢丝绳。

（2）距停采线12 m 时，先上一趟片网，片网规格：长×宽=1.2 m×1.0 mm，网孔规格35 mm×35 mm。片网上在单号支架，在支架顶梁上的搭接长度约0.6～0.7 m，片网下垂0.4～0.5 m。若因顶板不平整压不紧片网时，可在支架顶梁与片网之间垫设柱帽或板梁保证片网压紧。

（3）片网全部上完紧接着上第一、二趟卷网，卷网规格：长×宽=10 m×1.2 m。第一趟卷网联接时要求其长边与片网搭接100 mm，每米10 道，每道扭结3 圈；卷网与卷网间短边搭接500 mm，卷网与卷网间长边搭接100 mm，用16#铁丝双股扭结，每米10 道，每道扭结3 圈，端尾架上巷道顶板金属网要与工作面卷网联结成整体。每三循环挂两趟网，依次进行，共计上8 趟卷网。

（4）工作面联设第3 趟卷网后，开始在网下联设平行于工作面的钢丝绳，钢丝绳采用5′或6′的废旧钢丝绳，长度约70 m。第1 趟钢丝绳拖直搭在第四趟卷网中部位置，之后每间隔400 mm 上一趟钢丝绳，共计联设11 趟。上在网边上的钢丝绳随着联网联接，用网丝联结，每米10 道，每道扭结三圈；上在网中间的钢丝绳专门用网丝联接，每米5 道，每道扭结三圈。

（5）工作面与联络横川煤壁割透以后，将卷网与巷道内顶板金属网联接固定，继续割煤至支架前梁距停采线2.5 m 时停架，撤架通道尺寸要求净高不低于2.5 m，净宽达2.5 m。

3.2 割煤方法

距停采线15 m 时，工作面采高不低于2.6 m，保持到撤架通道施工结束。撤架通道施工期间，工作面采用机尾“磨三角”的方式进行割煤，即机组在机尾割煤至70#架后即返回机尾插刀，第二次继续割煤至60#架后即返回机尾插刀，每次多割10～15 架煤。以此类推，根据溜子直线度适当进行机头走通刀作业，每次通刀作业后即重新开始进行机尾“磨三角”方式割煤。

4 效果分析

（1）按照矿井15#煤综采面撤架通道施工工艺，利用联络横川做撤架通道减少了撤架通道最后的四刀煤和挑板梁打单体柱作业，避免人员空顶作业带来的顶板威胁，缩短工期并可节省支护材料。在XV2313 工作面曾利用30 m 的空巷做撤架通道，除空巷内出现底鼓外无其他矿压显现。此次空巷60 m 除空巷内底鼓严重外，工作面出现煤壁片帮、部分支架安全阀开启现象，说明压力情况主要受空巷长度影响。

（2）工作面推进至接近空巷时，根据周期来压步距适当调整工作面推进速度，避免工作面压力和老顶周期来压对空巷造成的重叠影响，避开最后一次周期来压后，工作面不停机快速推进。

（3）保证撤架通道工程质量，控制端尾架与80#架距空巷的停架距离是关键，端尾架距离可通过直接测量得出，80#架距离现场采用打钻测量的方法简单实用可靠。

（4）撤架通道施工期间，72#～95#架老塘悬顶大未及时垮落对工作面造成了较大影响，导致该段支架在过空巷期间压力显现明显，支架立柱每小时活柱下沉量在60 mm 左右，现场面临压架威胁。

5 结论

过空巷与撤架通道施工在工艺上存在矛盾之处，前者需要调斜，后者需要控制平行度，前者需要不停机快速推进，后者必须间断停机进行上网联绳作业，因此在工作面设计上应尽量避免出现该两项工程同时施工。类似15#煤坚硬顶板短臂综采工作面回采，可考虑采取利用已有巷道施工撤架通道工艺。