B080404 综放工作面支架回撤顶板控制技术的研究.doc

综放工作面支架回撤顶板控制技术的研究冯胜利大屯煤电集团有限责任公司，江苏 沛县 221611摘 要 为保证综放工作面支架回撤过程的安全高效，采用理论与实践相结合的方法，研究了综放工作面收作和回撤过程的顶板控制技术。通过对徐庄煤矿各综放工作面液压支架回撤时的顶板管理技术进行的系统分析和论证，证明了采用刷帮、扶棚、铺金属网、铺钢丝绳、锚顶、支架掩护等顶板支护与控制方法是合理的，技术是可靠的，安全价值和经济效益非常显著。该成果对综放工作面的安全高效收作和回撤具有很好的参考价值和指导意义。关键词 收作 回撤 顶板控制-引 言为改善综放工作面收作的安全状况，实现工作面的快速回撤，必须在设备回撤之前选择合理的顶板控制技术。徐庄煤矿综放工作面原来综采收作技术，造成因回撤速度慢，采空区余煤自燃发火、CO自采空区涌出等，威胁安全生产的局面。近几年，经过不断对支架回撤的顶板控制技术的研究和改进，实现了综放工作面的快速回撤，避免了煤炭自燃发火等事故的发生，为矿井安全生产创造了良好的条件。1 地质概况徐庄煤矿综放开采工作面，煤层结构较简单，煤厚4.25.75m，煤层倾角19.424.5，直接顶为砂质泥岩，厚度05.8m；老顶为砂岩，厚度5.6411.7m。地质构造复杂，断层多、落差较大。瓦斯含量低，煤尘爆炸指数为37.2942.1%，属强爆炸型，煤层易自燃。2 工作面收作、回撤控顶技术2.1 工作面收作、回撤控顶方法在综放工作面设备的回撤过程中，回撤难度最大的设备是液压支架。目前液压支架回撤时的顶板控制方法主要有两种1，一种是工作面留通道（即“通道法”）的回撤方法，即当工作面推进到停采线时，将已调直、采平、采高达到要求的工作面支架不移，只推输送机，再割23刀煤，采取有效支护后留出撤架通道；另一种是提前掘进出架道（也称辅助巷）的方法回撤支架，即预先在工作面设计停采位置开掘基本与工作面平行的出架道，当工作面推透出架道时停采，从出架道内至下而上回撤支架。徐庄煤矿综放工作面的回撤都是采用这两种方法，并且针对具体的工作面状况，对收作和回撤的控顶技术进行了优化。2.2 通道法收作工作面的顶板管理技术采用通道法收作、回撤工作面过程中主要运用以下方法回架道顶板。（1）铺网上钢丝绳为保证支架回撤时回架迎头顶板的完整性，有利于留住风道，在工作面的收作期间，采用铺网上钢丝绳技术。如果工作面收作前顶板不完整，收作时前梁不能降（顶网），金属网不易上，可采取提前收作线上单层网，推进2m后上双层网的方法。待双网进入前梁尾端后，开始上第一根钢丝绳，直至第一根钢丝绳进入支架尾梁处停采。要求每推进一刀即上一根钢丝绳，并用铁丝将钢丝绳与双网联接，钢丝绳两端分别固定在两道巷帮的工字钢棚腿上（架棚支护巷道）或安设专用锚杆固定（锚网支护巷道）。（2）刷帮和架设走向棚为确保回撤时支架前移有足够的移动空间，在支架停止前移后，采煤机割煤一刀后，拆除支架联接头，采煤机再割煤一刀。这样，支架端面距比正常回采端面距增加了1.2m，加上正常回采时的端面距310mm，理论上的端面距为1.51m。由于部分地段的端面距达到1.8m，考虑工作面片帮影响，用长2.02.2m的半圆木做顶棚，圆木一端搭在支架前梁上（搭接长度0.4m），靠煤壁的另一端用单体支柱支撑，每个支架安设2个棚子，如图1所示。图1 工作面收作安设走向棚支护示意图（3）顶板锚杆（锚索）支护工作面使用整体前梁支架时，支架前移抽出时前梁不能降下，支架前移距离较长，可安设三排顶板锚杆，增大收作空间。具体作业如下： 当工作面推进到倒数第三刀时，停止移架，紧跟采煤机伸出支架伸缩梁，通刀结束后，逐架收回伸缩梁，紧靠前梁安设第一排顶板锚杆，再伸出支架伸缩梁，顶板锚杆的间距为支架宽度。 锚顶结束后，砸掉联接头，采煤机割倒数第二刀。每割20架，采煤机及工作面运输机停止工作，用长3.5m的半圆木在煤帮侧扶设顺山棚（做为锚顶作业的临时支护），一梁三柱。通刀结束后，安设第二排顶板锚杆，与第一顶板锚杆的排距为0.8m，回撤煤帮顺山棚。 推进最后一刀时，紧跟采煤机用长2.5m的半圆木做梁在支架前扶设走向棚，每架设一个棚，半圆木的一端搭在支架前梁上(搭接长度0.5m)，另一端在煤帮处，用单体支柱支撑。顶板破碎、压力较大时，每架设两个棚。通刀结束后，安设第三排顶板锚杆，与第二排顶板锚杆的间距为0.8m。这样，理论端面距为2123mm，保证了回撤时支架前移抽出的距离。如果顶板状态不好，可以考虑沿工作面倾向靠支架前梁每15m加设一排倾向锚索，工作面支护如图2所示。图2 工作面收作安设顶板锚杆（锚索）支护示意图2.3 提前掘进出架道收作工作面的顶板管理技术为加快整体前梁支架工作面的收作速度，提前掘出出架辅助巷。当工作面推至距停采线120m时，在预定停采位置提前沿煤层底板掘出一条出架道辅助巷道，该巷道采用锚、网+锚索+槽钢联合支护，如见图3所示。图3 出架道断面图2.3.1 架棚和刹杆加固为保持出架道顶板完整性，出架道先用长3.0m的半圆木架设走向棚，一梁两柱支撑，棚距在0.8m以内，单体支柱穿柱鞋以防支柱钻底。为保证工作面与出架道相透处顶板不破碎，避免支架前端发生漏冒顶事故，同时为预防顶煤发火，当工作面推至距出架道30m时，对出架道与工作面相透的一帮打铁刹杆，刹杆打在煤帮与顶板的交界线上。2.3.2 推透出架道时帮、顶的技术要求（1）调面工作面正常回采时超前量为20m，出架道超前量为10m，为保证工作面进入出架道，必须进行调面。当工作面下口距出架道下口还有25m时，把工作面调整成超前量为1416m，调整后平推10m，接着再进行调面，把工作面调整成与出架道平行，然后平推至出架道，如图4所示。图4 工作面推进示意图(2)控顶和托棚工作面在接近出架道的过程中，特别是煤壁还有23m的时候，每割一刀，都要对煤壁的矿压进行观察，发现存在片帮和冒顶迹象时，必须预先做超前支护（如图5所示），一次性揭露出架道。做完超前支护后，工作面继续推进，直至收作位置。收作的最后一刀煤，必须使支架前梁挑住收作切眼内已架设的半圆木走向棚（挑入长度0.5m）。图5 工作面收作做超前支护示意图（3）推透时保证层位一致要保证工作面推透出架道时，工作面顶板层位与出架道顶板层位一致，防止顶板出现高低差，需要做如下工作： 提前做出架道剖面，探明留底煤厚度，且距离推透位置10m时每天做一次工作面剖面，同出架道剖面做比较后及时调整回采工作面层位。 自工作面煤壁向出架道打探眼，探明工作面顶板层位是否同出架道一致，以便及时调整工作面层位。（4）尽可能避开周期来压选择出架道的最佳位置，以避开工作面周期来压。由于综放工作面周期来压步距较小，所以要完全在收作期间避开周期来压难度较大，可以采取在铺网收作期间加快推进度，减缓周期来压的强度和来压步距。2.3.3 端头支架上方铺设轨道在支架的回撤过程中，如果下端头支架（采用普通支架）抽出顺利，工作面的拆除会大大加速。顺利拆除端头支架的先决条件是顶板完整，为确保顶板的完整性，可以采取在端头支架的上方铺设长度不小于4.0m的轨道，在支架停止前移前5刀开始铺设，每进一刀铺设一根，直至支架停止前移。2.4 回收期间空顶侧的顶板管理技术2.4.1 利用架棚并配合打点柱控制顶板打点柱时，点柱打在钢丝绳上，具体方法： 第一架回出后，用四根长2m的半圆木扶两架走向对接棚（棚距750mm），用单体支柱作棚腿，一梁三柱，半圆木前头与支架前梁齐，后头与尾梁齐。 第二架回收后，再架设二架走向棚，然后回收迎头二棚(即见四回二)。 顶板压力较大时，应采用半圆木打点柱，配合走向棚支护顶板，每拆除一架，不得少于56根半圆木点柱，空顶侧顶板维护距离不得小于1.5m，多余的半圆木用回柱绞车及时回出。 如顶板随支架回撤随时冒落，单体支柱用回柱绞车及时回出，回单体支柱时，先用半圆木替好，后再回出单体支柱，半圆木可以不回（如图6所示）。图6 工作面回收支架下侧单体支柱支护示意图2.4.2 利用支架掩护技术控制顶板回架时，空顶侧顶板的维护采用液压支架（如图7所示）作为迎头掩护支架并配合架棚的方式2，具体方法： 工作面下端第三台支架拉出后调向，收回前探梁，使用单体支柱及调向绞车调整支架位置，使支架平行煤壁摆放，单体支柱距离煤壁净宽在1.5m左右，该支架的前梁距离未回支架间距保持在0.5m左右，作为掩护支架。 支架拉出后在原支架摆放处，用单体支柱配合半圆木垂直煤壁扶设走向棚(搭入掩护支架0.3m)，每架设2个棚，一梁三柱，棚距均匀布置，单体支柱棚一般与掩护支架放顶线齐。 第四台支架拉出后调向，用上述同样的方法支护原支架摆放位置的顶板，然后拉运该支架到工作面上口装车。 使用单体支柱配合调向绞车前移掩护支架一个支架宽度的距离（一般为1.5m），即保持该支架的前梁距离未回支架间距仍保持在0.5m左右。在掩护支架后方原锚杆处，钢丝绳下方补打成排木点柱。 按照先支后回、先老塘后煤帮的原则回撤单体支柱棚及煤壁侧的单体支柱，即先在单体支柱处支设掩护支架老塘侧的半圆木点柱、煤壁侧斜靠半圆木，然后回撤掩护支架老塘侧单体支柱棚、煤壁侧的单体支柱，回至掩护支架放顶线齐。 上述25为采用掩护支架回架的一个正规循环，依次类推回撤所有支架。2.4.3 利用木垛加强支护为留住通风道，在掩护支架与煤壁间留有1.5m的空挡。在此空挡内，自掩护支架前立柱向老塘侧靠煤壁支设木垛。根据顶板破碎情况，木垛间隔为710m内调整，如图7所示。图7 工作面回收支架下侧掩护支架支护示意图2.5 回收期间工作面上出口顶板管理技术为解决支架在上出口及超前支护区调向外运时作业空间小，影响支架装车速度的问题，在工作面拆除过程中，上出口及超前支护范围内适当抹角并采取锚索加槽钢支护，加大作业空间，如图8所示。图8 工作面回收支架上出口及超前支护示意图3 综放工作面收作、回撤控顶技术应用情况分析从综放工作面收作、回撤控顶技术应用对照情况如下表所列。从表中看出：7235、7222工作面回撤工期长，老塘发火，防灭火费用高；而7172、7152、7139和7171工作面回撤工期短，老塘未发火，防灭火费用低，实现了安全、高效、低耗回撤。 表 工作面收作、回撤控顶技术应用对照情况工作面723572227172715271397171面长/m150157150176184150倾角/2224.522.321.719.419.8支架型号ZFSB3800YFJ2200ZFSB4400YFJ2200ZFSB4400回架控顶方法半圆木托棚掘出架道半圆木托棚+锚顶发火情况发火未发火防火材料费/万元30205000工期/天4638181816154 结 论 徐庄煤矿综放工作面收作、回撤顶板控制技术，加快了回收速度，提高了工作效率，大大降低了事故发生的概率。该技术基本成熟，安全价值和经济效益显著。 采用安设顶板锚杆通道法收作、回撤工作面，当支架抽出后顶煤不会立即冒落，利于支架下侧顶板的维护，风道易留设，回撤支架迎头扶棚维护量小，回撤速度快，工期短，安全系数高，可行性强，值得大力推广。 在使用掩护支架回撤支架时，可考虑布置两台并排支架护顶，完全去除扶棚支护。 采取先掘进出架道的方法控制顶板时，选择完全避开周期来压的出架道位置、收作层位控制和调斜旋转调整超前距离等的难度大，技术上不可靠，具有一定的冒险性，应用时要做好防架前冒顶的措施。 综放工作面收作、回撤期间，既要顾及顶板管理又要兼顾防灭火工作，有时两者矛盾，如放煤不彻底可造成老塘余煤发火，但过分放煤可导致梁端顶煤抽空、倒架，不利于回撤支架。 工作面收作的最后8m，特别是最后4m（底座前端至煤壁间）必须将底板割平，否则拉移支架时易造成支架歪斜倒架，影响