充填液压支架撤出技术的实践

赵舜禹

（山西焦煤集团西山煤电官地矿，山西 太原 030000）

末采及撤支架期间压力集中，引起煤壁片帮，顶板下沉，支架压死，甚至冒顶。通过对官地矿11212超高水充填工作面回采期间的矿压观测得知，该煤层原岩应力高，巷道围岩变形速度较快，底鼓严重，顶板下沉大。因此，采用锚网支护方式增加顶板围岩自承能力，防止冒落，利用掩护支架保证撤架工作安全进行。

1 工作面概况

官地矿11212工作面井下标高-812～-721m，工作面西临-760轨道大巷。东临2223工作面，水文地质条件简单。工作面直接顶为4.25m的粉砂岩，老顶为5m的细砂岩，顶板属于2类Ⅱ级顶板，煤层平均厚度4.5m，直接底为1.2m的粉砂岩。11212工作面走向长505.6m，推进长度455m，切眼101m，可采地质储量23.9万t。工作面回采工艺为超高水材料充填回采法，平均采高4.3m，后退式回采。工作面采用整体式充填液压支架支护顶板，液压支架顶梁总长度约9.3m，前探梁伸平时支架支护顶板跨度为11.5m，底座长度4.8m，采用追机及时移架支护，煤壁片帮时超前支护，随工作面向前推进。当支架达到充填距离后对支架后部充填工序进行操作，上下巷20m内进行超前支护。

2 末采及撤支架期间施工技术

2.1 末采期间锚网支护

2.1.1 锚网支护位置

11212工作面末采期间，改变原有的上网上绳方式，为加强顶板管理采用了锚网支护的主动支护方式。工作面末采扩帮从停采线以里17m至停采线。对整个工作面顶板进行锚网支护。11212工作面开始锚网支护位置和停采线位置如图1所示。到达锚网支护位置处，随工作面推进对顶板进行锚网支护，直到扩帮线处。进入锚网支护位置调整工作面采高不低于4.0m。

图1 1212工作面末采平面图

2.1.2 支护方式

顶板支护均使用Φ22mm×2400mm螺纹钢高强锚杆，每孔使用一卷S2360树脂锚固剂和一卷Z2360树脂锚固剂锚固，使用Φ12mm钢筋梁，配合穹形钢托盘、Φ6mm冷拔丝金属网等，间排距800mm×800mm；顶板采用Φ21.8mm×8500mm、19股钢绞线锚索加强支护，每孔分别使用S2360树脂锚固剂一卷和Z2360树脂锚固剂两卷锚固，迈步交叉式布置，间排距1600mm ×1000mm，配合2.6m的14号槽钢、木垫板等。

末采扩帮后煤壁支护采用20mm×2100mm全螺纹锚杆，每孔分别使用S2360和Z2360树脂锚固剂各一卷锚固，使用Φ12mm钢筋梁，配合钢托盘和菱形金属网等，间排距900mm×900mm：末采扩帮前先在11212出煤联巷与运输巷交叉口处绞车硐室巷中排1组木垛，木垛规格为2400mm×2400mm，采用两边见锯的板梁排列，板梁厚度为160mm。具体位置见图1所示。

2.2 移架平台设计

为提高工作效率，降低回收成本，到井下现场分析支架撤出的过程及行走路线，测量空间尺寸，设计一种可以快速移架的装置。如图2所示。

图2 移架平台装配示意图

本移架装置主要可以实现支架的整体移动、拐弯、上滑道的效果，不用外力作用，仅靠平台本身千斤顶及支架推移杆伸缩，便可达到自移效果。该装置结构简单，可以拆卸，使用起来方便，效率高，省时，省力，省工。

该移架装置自身设计多个悬挂点，便于支架推移杆悬挂，另外平台上设置一根推移千斤顶，且有多处支点，用于支架的拐弯。支架在推移千斤顶的作用下，依靠支点进行调头。本平台主体由四部分组成，可以自由拆卸、调节左右面，可适用于井下各种环境。分别对支架的抗压性、抗扭性等进行计算校验，确定平台可以承受高水充填支架的整架重量。

传统支架拆除工作一个班由8个人仅撤出一台支架，使用移架平台后，一个班4个人便可撤出两台支架，大大提高工作效率及安全系数。

2.3 工作面整架运输校验

撤架时工作面安装2台JM-14型绞车，绞车最大牵引力140kN。整架运输时使用动滑轮机构，运输长度101m，最大坡度为10°，使用钢丝绳型号6×19S-28（直径为28mm，最小破断拉力530kN，重量q=2.83kg/m），每次运输整架重48t。钢丝绳最大静张力计算公式为：

式中：

P-钢丝绳最大静张力，N；

w-载重质量，kg；

α-斜坡中产生最大拉力处的倾角，取最大倾角10°；

f1-支架在轨道上运行时的阻力系数，整体滑道运输取0.15；

q-钢丝绳单位长度重量，kg/m：L-钢丝绳长度，m；

β-平均坡度，（°）；

f2-钢丝绳运行时阻力系数，取0.15。

一根钢丝绳受到的最大静张力P约为76.533kN，安全系数M=530/76.533≈6.93＞6.5，符合要求。绞车最大牵引力140kN大于绞车所受最大静张力76.533kN，符合要求。

2.4 撤架工艺

2.4.1 原定撤架方案

11212工作面进入撤架阶段，取消原来撤架后挂袋充填的方式，变更为撤架后排木垛漫灌充填，具体如下：撤出液压支架后在原支架区域排木垛支护，每撤出2套支架后排木垛，三花眼布置，每撤出10架后在掩护支架后紧贴掩护支架排一组木垛，视顶板情况可适当增加木垛数量。木垛规格2600mm×2600mm，采用两边见锯的板梁排列，板梁厚度为180mm。具体布置方式见图3。要求木垛与巷道顶板接实，顶板不平处采用板坯垫平接顶，底板平整并接触到坚硬底板，每层木垛用扒钜扒牢。撤架后工作面建密闭墙，充填工作分批次完成。

图3 原撤架方案示意图

2.4.2 改进后撤架工艺

改进后撤架工艺：将7架支架拉出作为掩护支架，撤架后不再用木垛支护，使用移架平台方便撤出支架。具体如下：

当充填支架顶梁距停采线5m位置时，进入撤架阶段。5m的距离可以保证支架移动、调向旋转的空间。将7架充填支架拉出，拆除支架后顶梁，并经出架平台调整方向后，自煤壁向采空区充填体方向布置。利用掩护支架保证出架空间的安全，连接支架推移和出架平台。利用连接块和40t大链将支架推移和铁板连接，然后升抬底千斤顶，利用支架推移千斤顶将支架底座整体拉上移架平台，通过收转向千斤顶和绞车调整支架方向，用绞车把调整后的支架沿滑道运至支架解体硐室。随后续支架撤出1～7支架及出架平台向前移动。支架撤出要用单体配合时，送液必须用远方操作，单体顶支架时，单体底座必须支撑在牢靠的地方，防止单体滑脱。图4为改进后撤架工艺示意图。

撤架后工作面充填方式不变，撤出10架后，在工作面和运输巷口垒板墙密闭，密闭墙间使用超高水充填料漫灌充填接顶。之后每撤10架垒板墙密闭进行充填，要求充实接顶，待支架全部撤完后，在运料巷垒墙密闭，使用超高水充填料充填密实。

图4 改进后撤架工艺示意图

3 技术及经济效益分析

相对于以往超高水充填工作面末采时期上网上绳，撤支架空间采用排木垛支护及支架全部撤出后采用充填包高水充填的方式，11212超高水充填工作面顶板采取主动支护与被动支护相结合，锚网支护提高顶板整体性，采用掩护支架支护保证了工作人员的人身安全。充填支架每撤出15m距离对撤架空间进行一次高水漫灌充填，最终采空区顶板下沉量最大300mm，顶板完整不垮落。在经济效益方面，按照100m的工作面切眼来算，省去排木垛板梁费用36万元、排木垛人工费用3万元和充填包费用2.16万元，共计41.16万元。

4 结论

（1）末采时期顶板采用锚网支护增加了围岩自承能力，提高顶板整体性，与高水充填的被动支护相结合有效控制了顶板下沉。

（2）采用掩护支架替代排木垛支护，增强了支护强度，既保证了出架人员的安全，又节省了排木垛所需的材料费和人工费。

（3）移架平台使得支架的整体式转移工作非常顺利，提高了安全系数，降低了工人的劳动强度。