综放工作面分段缩短及回撤技术研究

柳 轶

(山西焦煤集团投资有限公司,太原 030021)

为了提高回采率,最大限度减少煤炭资源的浪费,矿井在回采过程中,需要对部分煤柱回收。受不同地质条件的影响,回收煤柱工作面往往不规则,与正常工作面相比具有很大差异性[1-2]。因此,在回采过程中,为了保证安全回采,提高工作效率,往往需要对工作面进行缩短[3-5]。

1 工作面概况

汾西矿业集团高阳煤矿一采区11115综放工作面为低位放顶煤采煤法,所采煤层为太原组9#、10#和11#煤合并层,工作面煤层平均厚度9.6 m。煤层倾角0°～7°,平均3°,密度1.35 m3/t,属近水平厚煤层,稳定可采。

11115回采工作面地面位于南风井东南侧约160 m,地表被黄土覆盖。地面标高为+900 m～+1002 m。该工作面为回收一采区回风巷保护煤柱工作面,西邻11109工作面,东邻11107工作面,北部为高阳河保护煤柱,南部为一采区上山巷道。工作面标高+630 m～+658 m。工作面总面积为133 381 m2,地质储量为1.71 Mt,可采储量为1.38 Mt。

该工作面地质构造较简单,北部为一单斜构造区,南部为一向斜构造,其产状为走向北西,倾向北东,倾角3°,根据11107、11109、101工作面地质资料分析,该区域存在一条H=5 m的逆断层。

考虑到煤柱回收工作面的不规则性,为减少对工作面回采的影响,加快回采进度,避开周期来压,需对工作面进行分阶段缩短,为工作面回采创造条件。如图1所示，该工作面分四阶段进行回采作业,给回采造成一定的困难,为了保证正常回采,工作面各阶段正常回采与各阶段绕巷相接前,各阶段绕巷段需提前进行停采作业,为工作面缩短做准备。在距11115材料巷开口处80 m处的位置,大致平行于11109采空区布置11115辅助运输巷,并在11115材料巷第二、第四、第六拐点处布置联络巷与该材料巷连通,方便进行工作面设备缩短工程。

工作面Ⅰ阶段采长192 m,推进长度434 m后与Ⅱ阶段绕巷相接进行工作面设备缩短作业;Ⅱ阶段采长139 m,推进长度187 m后与Ⅲ阶段绕巷相接进行工作面设备缩短作业;Ⅲ阶段采长87 m,推进长度187 m后与Ⅳ阶段绕巷相接进行工作面设备缩短作业;Ⅳ阶段采长49 m,推进长度159 m后进行工作面停采,设备全部回收。总推进长度967 m。

图1 11115工作面示意图Fig.1 No.11115 working face

2 工作面停采顶板支护

1)在各阶段工作面正常回采至距下一阶段绕巷20 m时,开始进行停采作业,各阶段停采施工长度为下一阶段绕巷长度加15 m(往机头方向延伸15 m,即Ⅱ阶段绕巷53 m,Ⅰ阶段停采施工长度为机尾段68 m;Ⅲ阶段绕巷52 m,Ⅱ阶段停采施工长度为机尾段67 m;Ⅳ阶段绕巷38 m,Ⅲ阶段停采施工长度为机尾段53 m)。距下一阶段绕巷20 m时停止放顶煤,为在工作面支架上铺设单层顶网做准备工作。距下一阶段绕巷16 m处开始铺单层网。距下一阶段绕巷14 m(即在第三层单层网)处改为铺双层网。距下一阶段绕巷位置9 m时平行于工作面平铺间距为1 m的6道钢丝绳,当双层网全部拖到落山并压住两道以上时,支架停移。支架停移位置在下一阶段绕巷内,巷道采用锚杆、锚索、金属菱形网、W钢带联合支护。支架停移后继续铺设单层金属网且与绕巷原支护金属菱形网联锁,支架前梁段3.2 m采用3.6 mπ型梁、单体液压支柱联合支护形式支护顶板。

2)以下各施工工序按照Ⅰ阶段回采至Ⅱ阶段作业工序进行叙述:工作面停采后,工作面与绕巷交叉口处要加强支护,确保顶板稳定；停采过程中距停采线(即绕巷煤壁)9 m时,开始在机尾排头架(127#、126#、125#支架)和交叉口中间架位置(89#、90#、91#、92#、93#、94#、95#、96#支架)顶梁上方平行于工作面布置交错迈步π梁(交错迈步式每排4根)。

3 综放工作面缩短作业

3.1 设备的回收、安装顺序及步骤

1)设备列车及电缆的回收和安装。

回收:工作面停采后,将工作面浮煤清理干净,将工作面机头段的5根电缆全部从设备列车处甩开,全部人工拽拉到工作面80#支架往前处盘好。机尾段的前、后刮板输送机机尾的2根电缆盘到设备列车处。待工作面电缆全部拉到位后,将设备列车逐车拉到Ⅱ阶段材料巷指定位置,该位置提前布置车场,车场要靠帮铺设,不影响进出车辆。安装:待Ⅱ阶段工作面机尾安装完毕后,在该材料巷内安设电缆托架,将工作面电缆拽出与设备列车连接,接通电源进行试运转。

2)前刮板输送机槽子回收。

工作面停采后将前刮板输送机全部拉回到支架下,在靠煤壁侧铺设轨道,供设备回收运输。将120#-97#支架前的34节前刮板输送机中间槽和挡煤板全部拆卸装车回收从辅助运输巷运输出井。回收后腾出位置安装绞车和回收90#、91#、92中间支架。

3.2 中间支架回收和后刮板输送机槽子回收、安装

1)利用安装在Ⅱ阶段材料巷内的22 kW回柱绞车将90#、91#、92#中间支架拽出装车拉运至辅助运输巷内(3台中间架留1台,2台出井)。顶板利用支架上方提前布置的3.6 mπ梁进行支护,π梁两端头分别跨到89#和93#架上方,未跨支架的π梁全部加点柱进行支护。

2)将88#—95#支架后的8节后刮板输送机中间槽装车回收出井。将Ⅰ阶段的后刮板输送机机尾和1节抬高槽子、1节开口槽子回收拉运到90#、91#、92#处,利用Ⅱ阶段材料巷内的22 kW回柱绞车完善Ⅱ阶段机尾后刮板输送机大架的安装。

3.3 机尾排头架和前刮板输送机机尾回收、安装

1)逐架回收机尾处127#、126#、125#排头支架装车拉运至90#支架位置处进行安装。回收的顶板采用支架上方提前布置的3.6 mπ梁进行支护,π梁全部支设成一梁三柱进行支护。

2)将在辅助运输巷内存放的中间支架重新安装到回收的排头架位置上支护该地段的顶板,确保支架回收顶板稳定。

3)Ⅱ阶段机尾排头架安装完毕后,将Ⅰ阶段前刮板输送机机尾大架和抬高槽子、开口槽子全部装车拉运到Ⅱ阶段机尾段进行安装,完成Ⅱ阶段机尾处设备的安装。

待Ⅱ阶段工作面新生产系统形成,综放设备全部安装好后,接通电源进行调试。经过质量验收合格后,组织试生产,保证生产正常进行。

对于Ⅲ阶段、Ⅳ阶段工作面进行缩短,根据Ⅰ阶段和Ⅱ阶段方法进行。机尾排头架与缩短的中间架支护示意图如图2 所示。

图2 机尾排头架与缩短的中间架支护示意图Fig.2 Head support and shortened intermediate support of the tail

3.4 剩余设备的回收

剩余设备主要是对剩余后刮板输送机槽子进行回收,作业工序为:①从Ⅰ阶段机尾处将剩余的后刮板输送机槽子全部拆除装车回收出井;②利用支架下安设的22 kW回柱绞车利用支架自移分别将93#、94#、95#支架逐台拉出装车出井,顶板处采用支架上方提前布置的3.6 mπ梁进行支护,π梁全部支设成一梁三柱进行支护;③利用上述办法将96#支架拉出调向,使支架前梁朝Ⅰ阶段机尾处做1号掩护架,将支架调正,该掩护架距煤壁750 mm,前梁在94#支架前梁处。在摆设掩护架过程中需逐根替支加好的落山支护,确保支架调向过程中顶板稳定;④同理将95#支架拉出调向,使支架前梁朝Ⅰ阶段机尾处做2号掩护架,该掩护架距1号掩护架750 mm,前梁与94支架靠落山侧齐;⑤逐架将剩余的支架进行回收,在回收前要将局部通风机利用风筒接通到工作面,待工作面回收支架落山垮落后,启动局部通风机将新鲜风流输送到工作面回收点,逐架回收工作面剩余支架;⑥Ⅰ阶段缩短需回收的支架全部回收完后,开始回收Ⅱ阶段辅助运输巷,将Ⅱ阶段辅助运输巷的设备全部回收到Ⅲ阶段辅助运输巷内,从Ⅲ阶段辅助运输巷往里进行密闭。

4 结束语

11115综放工作面经过各阶段工作面的缩短,新生产系统形成后可提前进行工作面正常回采,新阶段的回采可与缩短段的支架回收同步进行,每个阶段工作面缩短可减少10天的影响时间,减少周期来压对工作面回采的影响,为工作面回采创造条件,提高回采效率。该工作面各阶段的缩短经验为高阳煤矿和类似的综放工作面设计、回采提供经验,具有较好的经济效益。