易自燃厚煤层综放工作面快速搬迁技术*

刘岷学，王文星

(陕西长武亭南煤业有限责任公司，陕西 咸阳713500)

0 引 言

彬长矿区某煤矿的4#煤层为Ⅰ类易自燃的特厚煤层，采用综采放顶煤方法开采。提高工作面搬迁速度，确保搬迁期间的安全对矿井安全正常生产和经济效益都具有重要意义，因此一些矿井针对其工作面具体条件已经对如何实现快速搬迁问题进行了大量研究。由于下沟煤矿综放开采的4#煤层的自燃发火期很短，一般为3 ～5 个月，最短只有27 d，因此工作面搬迁期间的防灭火问题非常突出。下沟煤矿综放工作面要实现快速搬迁存在的主要问题有

1)工作面开采的4#煤层为Ⅰ类易自燃煤层，自然发火期短，工作面自然发火的危险程度高，工作面回撤期间的防灭火压力很大;

2)由于矿井原设计生产能力小，因此矿井主要巷道的断面小，致使目前先进的综采工作面大型快速搬迁设备无法使用，只能采用自制的中小型的轨道运输搬迁设备;

4)采用常规回撤设备进行回撤，运输线路复杂，而且运输距离长、运输环节多、调向频繁、工期长、劳动力浪费，运输支架的车辆易发生掉轨事故，甚至发生倒车倒架事故，严重威胁人员安全。

以4403 综放工作面为具体研究对象，采用理论分析和现场试验方法对综放工作面快速搬迁技术，特别是搬迁期间的防灭火技术进行了研究。研究布置了工作面专门回撤通道，并对专门回撤通道采取了高强度的“锚- 网- 带”联合支护技术;工作面搬迁中采用自主研发的双轨四吊搬运机来运输支架;采用注氮、黄泥灌浆、注射高分子胶体及顶板挂设风筒布堵漏风等综合防灭火技术［1-4］。现场试验表明，采用这些技术能保证下沟煤矿综放工作面的顺利快速搬迁。

1 试验工作面基本条件

研究试验快速搬迁技术的4403 综放工作面位于下沟井田西翼，工作面的走向长度1 800 m，倾斜长度187 m，工作面南侧为采空区、北侧为接续工作面。

4403 综放工作面要回撤的主要设备有:1 台MG300/700 -WD 型采煤机、1 台SZZ960/400 型转载机、1 台PLM2200 型破碎机、1 组TZ13000/23/34 型的端头支架、6 付G9200/19/33H 型的过渡支架、117 付9200/18/33 型 的 基 本 支 架、2 台SGZ800/800 型的刮板输送机、SSJ1200/2* 315 型伸缩皮带机1 部。

2 综放工作面搬迁技术

2.1 回撤方案优化

方案一:采用常规的方法回撤，即采煤机、转载机、破碎机沿回风巷→运输巷→进风行人斜巷→泄水巷的线路回撤，液压支架沿回风巷→404 轨道下山→综放4404 回风巷→运料行人斜巷的线路进行回撤。

方案二:布置一条专用的回撤措施巷进行回撤，即采煤机、转载机、破碎机回撤线路与方案一基本相同，而工作面支架则通过回撤措施巷→综放4404 回风顺槽来直接运出工作面。

通过分析对比不难发现:方案一的液压支架运输线路长，环节多，工期长;需要增加3 台绞车，需要增加运输人员12 人/班;支架调向频繁，运架车辆极易出轨、倒车倒架，甚至发生事故，安全性相对较差。方案二可减少运输环节，减少了需要的劳动力，但提前是必须施工15 m 的专用回撤措施巷，同时工作面的密闭工程量较大。综合分析考虑，为了缩短回撤工期，防止搬迁期间发生自然发火灾害，提高工作面搬迁的安全性，采用方案二进行回撤，回撤措施巷的布置方式如图1 所示。

2.2 专用回撤巷道的施工工艺技术

专用回撤巷道的掘进断面为:高度3.1 m，宽度4.0 m，巷道总长度约为187 m.

这个赛十娘还是不依不饶。我感觉她凑近了瞄我，就睁开眼瞪着她。她收起笑声，一本正经地说：“哎，你莫说，他跟你还真有点儿像呢。”

当工作面推进至距停采线4 m 时，面内的液压支架不再向前推移，脱开前溜上的推移杆，采用单体液压支柱配合枕木来推移前溜，利用采煤机进行割煤，而形成回撤通道。

2.3 回撤巷道支护技术

专用的回撤巷道采用“锚-网-带-索”联合支护方式。回撤巷道采用左旋无纵筋螺纹钢筋锚杆支护，锚杆直径φ22 mm，杆体长度2.4 m，使用高强度自锁螺母。锚索长度7.3 m，采用φ19. 6 mm，1 ×19 股的高强度低松弛预应力钢绞线，使用调心球型垫板。要求锚杆的预紧扭矩应该达到400 N·m/根以上，锚索的张拉预紧力为200 ～250 kN/根［5-7］。专用的回撤巷道的“锚- 网- 带-索”具体支护参数如图2 所示。

2.4 快速搬迁工艺

1)设备回撤工作的顺序。运输巷:皮带机和相关电气设备→转载机及破碎机→超前支护和轨道→泵站设备及电缆等;回风巷:前后刮板输送机的机尾→后刮板输送机和部分前刮板输送机的溜槽→超前支护设备和轨道及绞车;专用回撤巷道和泄水巷:采煤机→部分前、后刮板输送机→托缆槽→液压支架;

图1 搬迁措施巷道布置示意图Fig.1 Roadway layout for the relocation

图2 设备回撤通道支护方式示意图(mm)Fig.2 Roadway support mode for the equipment remove(mm)

2)快速搬迁工作的劳动组织形式。所有回撤工作采用平行作业与交叉作业相结合的劳动组织形式，从三个回撤巷道里同时回撤设备;

3)采煤机回撤。施工好回撤巷道后，将采煤机开到工作面下出口附近，先进行解体，再使用液压支架的前梁配合手动葫芦进行起吊和装车，然后再从泄水巷里运出来;

4)转载机和破碎机回撤。先拆除面内的电缆和开关，然后再依次对破碎机及转载机进行解体，之后使用运输巷里安设的20 T 回柱绞车进行起吊装车，最后从进风斜巷里运出来。拆移刮板输送机之前，需要先拆除工作面内的电缆、风管和水管，再进一步拆除前、后部刮板输送机上的哑铃销子、齿轨、托缆槽等附件，然后再拆卸机头、机尾的驱动装置，最后用工作面端头安装的5 T 回柱绞车拉移溜槽，并装车运出来;

5)回撤工作面的液压支架。回撤液压支架使工作面搬迁中的主体工作。面内液压支架要需从机尾向机头方向依次进行回撤。先利用回撤巷道内预先安设的32 T 回柱绞车，配合10 T 滑轮组将第123#液压支架强拉至回撤巷道内，之后在工作面上端头支设木垛进行加强支护，并需要预留好回风通道。采用相同方法将第122#，120#，121#支架依次拉至回撤巷道内。第122#，121#支架装车外运时，第120#支架就作为掩护支架来支护顶板;支架回撤过程依次不断向下前移。三角区的顶板需要采用2.5 m 单体液压支柱配合1.0 m 铰接顶梁进行支护，排距为1.5 m，间距为1.0 m;共布置4排单体液压支柱，采用“先支后回、见五回一”的替换方式［8-10］。在回撤巷道靠煤壁一侧需要支设木垛支护，以确保液压支架回撤时的回风通道畅通。采用自行研制的双轨四吊专用支架搬运车进行支架搬运，使用支架具有运送效率高、速度快、安全可靠的优点，实践表明完全可以替代一般的专用液压支架搬运车。自行研制的双轨四吊车如图3所示。

图3 自行研制的双轨四吊液压搬运车Fig.3 Self-developed four-track vehicle

3 回撤期间的综合防灭火关键措施

1)进行束管监测。在回风巷内，依次距停采线70，50，30，10，0 m(上隅角)处预埋束管监测点，在运输巷内距停采线90，60，35 m 处预埋束管监测点，监测采空区标志气体含量的变化情况;

2)进行开放式的注氮防火。在运输巷和回风巷里，向后方的采空区预埋注氮管路，进行采空区注氮［11］，并且配合氮气泡沫知道抑制遗煤自燃作用;

3)合理留设阻隔煤墻技术。在工作面推进至距停采线90 m 时开始调整工作面推进坡度，先采用6°坡度仰斜推采15 m，然后再水平推采30 m，再5°坡度俯斜推采17 m，最后水平推采至工作面的停采线处。在采空区内留设的阻隔煤墻能使黄泥灌浆浆液更好地停留在停采线附近的采空区氧化带区域内［12］，并使采空区氧化带内的大多数浮煤被泥浆所包裹;

4)在工作面运输巷和回风巷内间隔一定距离设置综合隔离墙。当工作面推进至距停采线50，30 及10 m 时，在工作面上隅角处，使用沙袋堆筑厚度2 ～3 m 的隔离墙，在墙内注射MCJ12 高分子胶体材料，形成沿工作面走向宽3 ～5 m，沿倾向长10 ～15 m 的隔离墙。当工作面推进至距停采线80，50 及20 m 时，在工作面下端头运输巷内注射MCJ12 高分子胶体，形成沿工作面走向宽3 ～5 m，沿倾向长10 ～15 m 的隔离墙。在隔离墙外侧需要压设沙袋墙。这样，可以较好地解决由于工作面上下两端头采空区顶板垮落相对不够充分而易于漏风的问题;

5)进行采空区黄泥灌浆。

4 结 论

1)设置专用的回撤措施巷道，并且优化液压支架的运输线路和环节，是实现工作面快速搬迁顺利完成的重要技术措施;

2)采用高强度的“锚-网-带-索”联合支护方式支护回撤措施巷道，为设备回撤提供了安全保证，使用效果良好;

3)采用束管监测、注氮气、合理留设阻隔煤墙来调整回采坡度、构制隔离墙、黄泥灌浆等综合技术措施的防灭火效果良好;

4)自主研发的双轨四吊支架搬运车的支架装车、运输方便，搬运速度快，使用效率高，完全可替代常规的大型专用支架搬运车。

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