B080404 綜放工作面支架回撤頂板控制技術的研究.doc

綜放工作面支架回撤頂板控制技術的研究馮勝利大屯煤電集團有限責任公司，江蘇 沛縣 221611摘 要 為保證綜放工作面支架回撤過程的安全高效，采用理論與實踐相結合的方法，研究了綜放工作面收作和回撤過程的頂板控制技術。通過對徐莊煤礦各綜放工作面液壓支架回撤時的頂板管理技術進行的系統(tǒng)分析和論證，證明了采用刷幫、扶棚、鋪金屬網、鋪鋼絲繩、錨頂、支架掩護等頂板支護與控制方法是合理的，技術是可靠的，安全價值和經濟效益非常顯著。該成果對綜放工作面的安全高效收作和回撤具有很好的參考價值和指導意義。關鍵詞 收作 回撤 頂板控制-引 言為改善綜放工作面收作的安全狀況，實現工作面的快速回撤，必須在設備回撤之前選擇合理的頂板控制技術。徐莊煤礦綜放工作面原來綜采收作技術，造成因回撤速度慢，采空區(qū)余煤自燃發(fā)火、CO自采空區(qū)涌出等，威脅安全生產的局面。近幾年，經過不斷對支架回撤的頂板控制技術的研究和改進，實現了綜放工作面的快速回撤，避免了煤炭自燃發(fā)火等事故的發(fā)生，為礦井安全生產創(chuàng)造了良好的條件。1 地質概況徐莊煤礦綜放開采工作面，煤層結構較簡單，煤厚4.25.75m，煤層傾角19.424.5，直接頂為砂質泥巖，厚度05.8m；老頂為砂巖，厚度5.6411.7m。地質構造復雜，斷層多、落差較大。瓦斯含量低，煤塵爆炸指數為37.2942.1%，屬強爆炸型，煤層易自燃。2 工作面收作、回撤控頂技術2.1 工作面收作、回撤控頂方法在綜放工作面設備的回撤過程中，回撤難度最大的設備是液壓支架。目前液壓支架回撤時的頂板控制方法主要有兩種1，一種是工作面留通道（即“通道法”）的回撤方法，即當工作面推進到停采線時，將已調直、采平、采高達到要求的工作面支架不移，只推輸送機，再割23刀煤，采取有效支護后留出撤架通道；另一種是提前掘進出架道（也稱輔助巷）的方法回撤支架，即預先在工作面設計停采位置開掘基本與工作面平行的出架道，當工作面推透出架道時停采，從出架道內至下而上回撤支架。徐莊煤礦綜放工作面的回撤都是采用這兩種方法，并且針對具體的工作面狀況，對收作和回撤的控頂技術進行了優(yōu)化。2.2 通道法收作工作面的頂板管理技術采用通道法收作、回撤工作面過程中主要運用以下方法回架道頂板。（1）鋪網上鋼絲繩為保證支架回撤時回架迎頭頂板的完整性，有利于留住風道，在工作面的收作期間，采用鋪網上鋼絲繩技術。如果工作面收作前頂板不完整，收作時前梁不能降（頂網），金屬網不易上，可采取提前收作線上單層網，推進2m后上雙層網的方法。待雙網進入前梁尾端后，開始上第一根鋼絲繩，直至第一根鋼絲繩進入支架尾梁處停采。要求每推進一刀即上一根鋼絲繩，并用鐵絲將鋼絲繩與雙網聯(lián)接，鋼絲繩兩端分別固定在兩道巷幫的工字鋼棚腿上（架棚支護巷道）或安設專用錨桿固定（錨網支護巷道）。（2）刷幫和架設走向棚為確?；爻窌r支架前移有足夠的移動空間，在支架停止前移后，采煤機割煤一刀后，拆除支架聯(lián)接頭，采煤機再割煤一刀。這樣，支架端面距比正常回采端面距增加了1.2m，加上正?；夭蓵r的端面距310mm，理論上的端面距為1.51m。由于部分地段的端面距達到1.8m，考慮工作面片幫影響，用長2.02.2m的半圓木做頂棚，圓木一端搭在支架前梁上（搭接長度0.4m），靠煤壁的另一端用單體支柱支撐，每個支架安設2個棚子，如圖1所示。圖1 工作面收作安設走向棚支護示意圖（3）頂板錨桿（錨索）支護工作面使用整體前梁支架時，支架前移抽出時前梁不能降下，支架前移距離較長，可安設三排頂板錨桿，增大收作空間。具體作業(yè)如下： 當工作面推進到倒數第三刀時，停止移架，緊跟采煤機伸出支架伸縮梁，通刀結束后，逐架收回伸縮梁，緊靠前梁安設第一排頂板錨桿，再伸出支架伸縮梁，頂板錨桿的間距為支架寬度。 錨頂結束后，砸掉聯(lián)接頭，采煤機割倒數第二刀。每割20架，采煤機及工作面運輸機停止工作，用長3.5m的半圓木在煤幫側扶設順山棚（做為錨頂作業(yè)的臨時支護），一梁三柱。通刀結束后，安設第二排頂板錨桿，與第一頂板錨桿的排距為0.8m，回撤煤幫順山棚。 推進最后一刀時，緊跟采煤機用長2.5m的半圓木做梁在支架前扶設走向棚，每架設一個棚，半圓木的一端搭在支架前梁上(搭接長度0.5m)，另一端在煤幫處，用單體支柱支撐。頂板破碎、壓力較大時，每架設兩個棚。通刀結束后，安設第三排頂板錨桿，與第二排頂板錨桿的間距為0.8m。這樣，理論端面距為2123mm，保證了回撤時支架前移抽出的距離。如果頂板狀態(tài)不好，可以考慮沿工作面傾向靠支架前梁每15m加設一排傾向錨索，工作面支護如圖2所示。圖2 工作面收作安設頂板錨桿（錨索）支護示意圖2.3 提前掘進出架道收作工作面的頂板管理技術為加快整體前梁支架工作面的收作速度，提前掘出出架輔助巷。當工作面推至距停采線120m時，在預定停采位置提前沿煤層底板掘出一條出架道輔助巷道，該巷道采用錨、網+錨索+槽鋼聯(lián)合支護，如見圖3所示。圖3 出架道斷面圖2.3.1 架棚和剎桿加固為保持出架道頂板完整性，出架道先用長3.0m的半圓木架設走向棚，一梁兩柱支撐，棚距在0.8m以內，單體支柱穿柱鞋以防支柱鉆底。為保證工作面與出架道相透處頂板不破碎，避免支架前端發(fā)生漏冒頂事故，同時為預防頂煤發(fā)火，當工作面推至距出架道30m時，對出架道與工作面相透的一幫打鐵剎桿，剎桿打在煤幫與頂板的交界線上。2.3.2 推透出架道時幫、頂的技術要求（1）調面工作面正?；夭蓵r超前量為20m，出架道超前量為10m，為保證工作面進入出架道，必須進行調面。當工作面下口距出架道下口還有25m時，把工作面調整成超前量為1416m，調整后平推10m，接著再進行調面，把工作面調整成與出架道平行，然后平推至出架道，如圖4所示。圖4 工作面推進示意圖(2)控頂和托棚工作面在接近出架道的過程中，特別是煤壁還有23m的時候，每割一刀，都要對煤壁的礦壓進行觀察，發(fā)現存在片幫和冒頂跡象時，必須預先做超前支護（如圖5所示），一次性揭露出架道。做完超前支護后，工作面繼續(xù)推進，直至收作位置。收作的最后一刀煤，必須使支架前梁挑住收作切眼內已架設的半圓木走向棚（挑入長度0.5m）。圖5 工作面收作做超前支護示意圖（3）推透時保證層位一致要保證工作面推透出架道時，工作面頂板層位與出架道頂板層位一致，防止頂板出現高低差，需要做如下工作： 提前做出架道剖面，探明留底煤厚度，且距離推透位置10m時每天做一次工作面剖面，同出架道剖面做比較后及時調整回采工作面層位。 自工作面煤壁向出架道打探眼，探明工作面頂板層位是否同出架道一致，以便及時調整工作面層位。（4）盡可能避開周期來壓選擇出架道的最佳位置，以避開工作面周期來壓。由于綜放工作面周期來壓步距較小，所以要完全在收作期間避開周期來壓難度較大，可以采取在鋪網收作期間加快推進度，減緩周期來壓的強度和來壓步距。2.3.3 端頭支架上方鋪設軌道在支架的回撤過程中，如果下端頭支架（采用普通支架）抽出順利，工作面的拆除會大大加速。順利拆除端頭支架的先決條件是頂板完整，為確保頂板的完整性，可以采取在端頭支架的上方鋪設長度不小于4.0m的軌道，在支架停止前移前5刀開始鋪設，每進一刀鋪設一根，直至支架停止前移。2.4 回收期間空頂側的頂板管理技術2.4.1 利用架棚并配合打點柱控制頂板打點柱時，點柱打在鋼絲繩上，具體方法： 第一架回出后，用四根長2m的半圓木扶兩架走向對接棚（棚距750mm），用單體支柱作棚腿，一梁三柱，半圓木前頭與支架前梁齊，后頭與尾梁齊。 第二架回收后，再架設二架走向棚，然后回收迎頭二棚(即見四回二)。 頂板壓力較大時，應采用半圓木打點柱，配合走向棚支護頂板，每拆除一架，不得少于56根半圓木點柱，空頂側頂板維護距離不得小于1.5m，多余的半圓木用回柱絞車及時回出。 如頂板隨支架回撤隨時冒落，單體支柱用回柱絞車及時回出，回單體支柱時，先用半圓木替好，后再回出單體支柱，半圓木可以不回（如圖6所示）。圖6 工作面回收支架下側單體支柱支護示意圖2.4.2 利用支架掩護技術控制頂板回架時，空頂側頂板的維護采用液壓支架（如圖7所示）作為迎頭掩護支架并配合架棚的方式2，具體方法： 工作面下端第三臺支架拉出后調向，收回前探梁，使用單體支柱及調向絞車調整支架位置，使支架平行煤壁擺放，單體支柱距離煤壁凈寬在1.5m左右，該支架的前梁距離未回支架間距保持在0.5m左右，作為掩護支架。 支架拉出后在原支架擺放處，用單體支柱配合半圓木垂直煤壁扶設走向棚(搭入掩護支架0.3m)，每架設2個棚，一梁三柱，棚距均勻布置，單體支柱棚一般與掩護支架放頂線齊。 第四臺支架拉出后調向，用上述同樣的方法支護原支架擺放位置的頂板，然后拉運該支架到工作面上口裝車。 使用單體支柱配合調向絞車前移掩護支架一個支架寬度的距離（一般為1.5m），即保持該支架的前梁距離未回支架間距仍保持在0.5m左右。在掩護支架后方原錨桿處，鋼絲繩下方補打成排木點柱。 按照先支后回、先老塘后煤幫的原則回撤單體支柱棚及煤壁側的單體支柱，即先在單體支柱處支設掩護支架老塘側的半圓木點柱、煤壁側斜靠半圓木，然后回撤掩護支架老塘側單體支柱棚、煤壁側的單體支柱，回至掩護支架放頂線齊。 上述25為采用掩護支架回架的一個正規(guī)循環(huán)，依次類推回撤所有支架。2.4.3 利用木垛加強支護為留住通風道，在掩護支架與煤壁間留有1.5m的空擋。在此空擋內，自掩護支架前立柱向老塘側靠煤壁支設木垛。根據頂板破碎情況，木垛間隔為710m內調整，如圖7所示。圖7 工作面回收支架下側掩護支架支護示意圖2.5 回收期間工作面上出口頂板管理技術為解決支架在上出口及超前支護區(qū)調向外運時作業(yè)空間小，影響支架裝車速度的問題，在工作面拆除過程中，上出口及超前支護范圍內適當抹角并采取錨索加槽鋼支護，加大作業(yè)空間，如圖8所示。圖8 工作面回收支架上出口及超前支護示意圖3 綜放工作面收作、回撤控頂技術應用情況分析從綜放工作面收作、回撤控頂技術應用對照情況如下表所列。從表中看出：7235、7222工作面回撤工期長，老塘發(fā)火，防滅火費用高；而7172、7152、7139和7171工作面回撤工期短，老塘未發(fā)火，防滅火費用低，實現了安全、高效、低耗回撤。 表 工作面收作、回撤控頂技術應用對照情況工作面723572227172715271397171面長/m150157150176184150傾角/2224.522.321.719.419.8支架型號ZFSB3800YFJ2200ZFSB4400YFJ2200ZFSB4400回架控頂方法半圓木托棚掘出架道半圓木托棚+錨頂發(fā)火情況發(fā)火未發(fā)火防火材料費/萬元30205000工期/天4638181816154 結 論 徐莊煤礦綜放工作面收作、回撤頂板控制技術，加快了回收速度，提高了工作效率，大大降低了事故發(fā)生的概率。該技術基本成熟，安全價值和經濟效益顯著。 采用安設頂板錨桿通道法收作、回撤工作面，當支架抽出后頂煤不會立即冒落，利于支架下側頂板的維護，風道易留設，回撤支架迎頭扶棚維護量小，回撤速度快，工期短，安全系數高，可行性強，值得大力推廣。 在使用掩護支架回撤支架時，可考慮布置兩臺并排支架護頂，完全去除扶棚支護。 采取先掘進出架道的方法控制頂板時，選擇完全避開周期來壓的出架道位置、收作層位控制和調斜旋轉調整超前距離等的難度大，技術上不可靠，具有一定的冒險性，應用時要做好防架前冒頂的措施。 綜放工作面收作、回撤期間，既要顧及頂板管理又要兼顧防滅火工作，有時兩者矛盾，如放煤不徹底可造成老塘余煤發(fā)火，但過分放煤可導致梁端頂煤抽空、倒架，不利于回撤支架。 工作面收作的最后8m，特別是最后4m（底座前端至煤壁間）必須將底板割平，否則拉移支架時易造成支架歪斜倒架，影響