人工假顶快速摸底技术在综放初采中的应用

刘红旗

（冀中能源峰峰集团有限公司羊东矿，河北 邯郸 056201）

羊东矿主采煤层平均厚度5.5 m，由于地质条件复杂、构造多且一次采全高液压支架体积大、质量重，运输支架的巷道高度不足，一次采全高液压支架在羊东矿并不适用，只能采用综采轻放支架。放顶煤工作面切眼安装和初采工艺是最重要的环节，需要在切眼安装和初采工艺上进行优化改进，以提高安全效益和经济效益。以羊东矿8267 工作面为例，由于切眼沿煤层顶板掘进，采面沿煤层底板回采，存在初采丢失底三角煤且托顶煤推采问题。针对该问题，扩切眼时在切眼位置卧底后悬吊木垛制造人工假顶[1-6]，初采可实现快速摸底，可实现安全快速初采、提高煤炭回收率。

1 工程概况

羊东矿井2#煤层为突出煤层，8267 工作面为2#煤层工作面，位于-850 m 水平五一采区,工作面标高-628～-682 m，地面标高+132.4～+137.2 m，走向长度761.4 m，倾向长度149.41 m。工作面东部以隔离开采煤柱为界，西部以8269 采空区为界，南部以X20-8467-1 陷落柱为界，北部以五二皮带上山为界。8267 工作面切眼长度150 m，煤层厚度5.5 m，切眼安装ZFG5400/20/35 型6 架、ZF5200/16/28型93 架。8267 工作面煤层及顶底板情况见表1。

表1 8267 工作面煤层及顶底板情况

2 工作面原初采方案及问题分析

2.1 原工作面切眼支护及支架安装方案

扩切眼后规格：净宽×净高=7.5 m×3.5 m，沿煤层顶板掘进，采用锚网梁配合锚索联合支护。锚杆配合梯形梁垂直切眼方向布置，锚杆规格为Ф20 mm、长度2.4 m 的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间距850 mm，排距800 mm，配备140 mm×120 mm×8 mm 的U 钢自制托板，采用K2335 树脂锚固剂1 卷、Z2335 树脂锚固剂2 卷锚固；锚索长度7.5 m，采用Ф21.8 mm 高强度低松弛钢绞线，配备16#b 槽钢使用，锚固剂选用K2335 树脂锚固剂2 卷，Z2335 树脂锚固剂2 卷。顶板铺设钢筋网，钢筋网由Ф6 mm 钢筋焊接而成，网格规格100 mm×100 mm，网边搭接100 mm。扩切眼完毕后安装支架，上下端头各安装3 架ZFG5400/20/35 型液压，中间安装93 架ZF5200/16/28 型放顶煤液压支架，支架顶盖与顶板直接接触，支架底座下留有约2.5 m 底煤，如图1。

图1 原切眼支架安装示意图（mm）

2.2 原工作面初采方案

工作面安装完毕后，采煤机下割，支架逐步下钻，工作面托顶煤推采，如图2。支架底座逐步摸至煤层底板，采空区切顶卸压后进入采煤、放煤正规循环，如图3。

图2 工作面支架下钻摸底示意图

图3 工作面支架摸底正常推采示意图

2.3 原方案存在的问题分析

支架从摸顶到摸底的过程中，支架托顶煤由薄变厚，该过程中托顶煤过薄容易导致顶煤冒落，在顶煤破碎的情况下还需要注浆加固煤体，托煤推采难度大，易导致瓦斯、顶板事故，且丢失底煤。根据统计，邻近的8266 工作面初采过程中，从初采到支架摸底需要推采20 m，发生了两次顶煤冒落导致瓦斯超限预警事故，在顶煤破碎的情况下采取了注浆加固措施；在邻近的里8261 工作面初采托顶煤推采过程中，由于顶煤冒落导致支架不接顶、支架倒架咬架事故，给工作面回采造成很大隐患。

3 切眼悬吊木垛制造人工假顶及初采方案

3.1 扩切眼悬吊木垛制造人工假顶

切眼扩帮后，在扩煤帮侧顶板，按间、排距1.55 m 打设吊木垛锚索。锚索Ф21.8 mm、长5.0 m，外露超长部分先在锚索端头往上150 mm 处上槽钢、锁具，然后利用槽钢作为木垛底面逐层摆好高度为1.6 m 的木垛，木垛采用长2.3 m 的硬杂木。摆木垛时木垛端头搭接不少于200 mm，组成木垛的杂木间、排距不大于1.55 m，按此顺序逐层摆至接顶，最后对锚索预紧，预紧力视木垛贴紧顶板为准。木垛使用的两面平松木选用直径20 cm 以上、长2.3 m 的优质红松木，槽钢选用16#槽钢，长3.5 m，3 孔布置，孔间距1.55 m，槽钢顺切眼方向安装，每个木垛（槽钢）间距不超过300 mm。扩切眼悬吊木垛制造人工假顶如图4。工作面初采即可快速摸至煤层底板。

图4 扩切眼悬吊木垛制造人工假顶示意图（mm）

3.2 初采方案

切眼采用悬吊木垛制造人工假顶后，支架可直接落在煤层底板，初采即可托住1.5 m 以上厚度的顶煤，顶煤不易冒落。根据2#煤层顶底板特性，2#煤层顶板多属直接顶易冒落和周期来压明显的二级一类～二级二类顶板，推采10 m 即可在采空区及两巷爆破切顶卸压，随后进入采煤、放煤正规循环。

4 应用效果

在羊东矿8267 工作面切眼安装及初采过程中，采用扩切眼悬吊木垛制造人工假顶方案，初采切眼高度达到5 m，初采期间的快速摸底比原设计提前12 d，减少了初采底三角煤丢失，可多回收煤炭8820 t。

5 结论

1）在现有轻放支架设备及切眼支护参数不变的条件下，扩切眼施工过程中，先按3.5 m 正常高度扩完切眼，随后打起吊锚索配合槽钢，在槽钢上摆放木垛，预紧槽钢使木垛假顶形成整体，再按5 m 高度卧底扩帮，安装支架升架接假顶，使支架直接接触煤层底板，减少了底三角煤丢失，省去了初采时托顶煤摸底的过程，顶板、瓦斯风险大大降低，为工作面初采提供了安全、高效的施工条件。

2）该方案为峰峰矿区同等地质条件下6 m 厚煤、只能选用综采轻放支架的工作面提供了大胆的尝试和探索，经济效益和安全效益显著，具有较高的推广价值。