顶板破碎条件下综采工作面安全快速搬家技术的研究

程东山

（同煤集团永定庄煤业公司， 山西 大同 037004）

1 5202 工作面概况

1）同煤集团中某个矿井中5202 作业面处于5号煤层中，作业面的走向及倾向分别为1 780 m 和230 m，煤层的倾角处于2°～4°，煤层的厚度处于4.1～11.9 m 之间，采放厚度的平均值为8 m。作业面的直接顶为细砂岩、砂质泥岩等，其结构较为密实，并且包含了一些完整的植物化石，厚度为8.3 m。直接底则为泥岩、中砂岩，其较为密实，结构为块状，质地较脆，节理过于发育，厚度为2.98 m[1]。

2）工作面设备：采煤机所用型号为MG 500/1340-WD；前部及后部刮板运输所采用的型号分别为SGZ1000/1400 和SGZ1200/400；转载机的型号为SZZ1200/700；破碎机的型号为PCM525；皮带机所采用的型号为DSJ120-150-2×355；过渡液压支架和中间液压支架分别有8 台和126 台，其型号为ZFG15000/8/45 和ZF15000/24/45；BRW400 启1.5乳化液泵站；RX400 启5 乳化液箱。

2 5202 工作面搬家工艺

2.1 背景条件

本矿井处于山区的附近，地面呈现出沟壑发育，再由于降水量较少，且没有植被的覆盖，导致地表水出现泄流。同时地下水的来源过于匮乏，岩石的含水层不具备较强的富水性。在这种状况下，5202 作业面不具备较好的地质条件，底板及顶板的岩层呈现为分化破碎，采用正常的打锚杆来掩护撤架的形式不能正常使用，并且工作的难度较大，对矿工的人身安全造成了极大的威胁，支护设备及材料需要较大的投资，导致财产的大量损失。

为了有效处理上述问题，确保作业面迅速搬家，决定5202 作业面实施了开机道的撤架。通过进行钻孔注浆来加以稳固，挂设相应的纤维网，设置钢棚，补设锚索及锚杆，通过单体液压来进行支护，确保作业面实现安全撤架。

2.2 准备工作

在5202 作业面上事先设置好搬家机道，其宽度为9.54 m，其中液压支架的长度和撤架机道的宽度分别为5.5 m 和4 m。作业面的采高维持3.5 m，并且作业面的开采必须要平直。对于顶板过于破碎，顶板及底板不具备稳定性等因素，应当提前采取相应的措施来加固顶板[2]。

1）马丽散固结剂。首先运用马丽散NS 来加固顶板，本产品会逐渐渗入到裂隙及空隙之中，并形成固化，具备较高的抗性和粘结强度，遇水则发生反应等特点，可以用来稳固煤体及岩体的缝隙。

2）注浆加固方案。对支架较为破碎的区域，在作业面设置两排钻孔，上一排的注浆孔与顶板之间保持0.5 m 的距离，下一排的注浆孔与底板保持1.8 m的距离。注浆孔的半径为21 mm，上一排注浆孔保持20°的仰角，深度处于4～4.5 m，下一排注浆孔保持5°的仰角，深度处于3～3.5 m。封孔保持1.5～2 m 的深度。

开掘机道采取机组截割的形式，每一次截割保持0.8 m 的深度，每进行3 m 的开掘，则必须依据顶板破碎的实际状况来设计下一步分加固方案。

2.3 支护方案

1）铺柔性树脂纤维网。5202 作业面在回撤的时候，作业面向停采线推进至30 m 的部位就停止放煤，与停采线相距18 m 的时候开始设置柔性网，采取两片整网，分别为120 m×19 m 和135 m×19 m，中间压茬搭接5 m。同时在进行挂网之前，需要将绞盘、定滑轮等安装好，重复截割、拉架等一系列操作，直至停止开采，并沿着煤壁向下铺设2.0 m 的柔性网。

2）锚杆、锚索补强支护。5202 综采作业面持续推进，直至其与停采线相互4 m 之时，加强锚杆及锚索的支护，锚索采用的为钢绞线，其规格为：Φ17.8 mm×13 000 mm，间距与排距分别为1 750 mm 和1 200 mm，托板的规格为300 mm×30 mm×16 mm；帮锚杆所采用的是圆钢锚杆，其规格为Φ18 mm×1 800 mm，间距与排距均为1 000 mm，碟形托扳规格为150 mm×150 mm×8 mm，锚杆、锚索应与柔性树脂纤维网压实，保证柔性网不会产生扭曲及折叠的问题，见图1。

图1 挂网及联合补强支护示意图

3）架走向工字钢棚。在完成搬家机道之后，在支架顶梁上设置戗柱，架棚之间保持1.75 m 的距离，工字钢的一端采用支架前梁进行支护，后一端则利用贴帮单体柱来进行支撑，且要与作业面的煤壁保持100 mm 的距离，以此推断，直至整排支架前端都可以实现支护。

2.4 回撤方案

1）将绞车设置在采空区，并做好压俄柱。在1 号过渡支架的顶梁前端设置滑轮，降架之后，拉出1 号支架，并确保其与作业面相平行，运输到外部。在以往的柔性网中设置有效的液压支柱来保护顶板，相继撤出2 号、3 号过渡支架。

2）利用绞车与滑轮相结合来出4 号、5 号支架，并以此作为掩护支架，交错靠近待拆除支架，提高掩护架。之后再降下待拆除的支架前梁，促使其与顶板相脱离。

3）降低待拆除的支架，拆掉管路，之后再利用绞车将其牵出，并装车运输到外。

4）拉出支架之后，应当在采空区进行有效的单体支护，确保其稳固在护顶柔性网中，避免出现空顶作业。

5）最后环节所撤出的两组支架，采取相互交错及掩护的形式，利用巷道内部的绞车将其拖出，见图2。

2.5 注意事项

图2 5202 工作面回撤拆除示意图

1）液压支架等大型仪器必须与单体相结合，单体下端应当设置厚度超出10 mm 的木板，以避免单体发生倾斜时会伤害到人。

2）对支架的初撑力加以明确。单体注液之后必须进行可靠的支护，确保其具备防倒措施。

3）操作人员必须重视自身的安全，采取单体顶架之前必须做出相应的警告，液压支架采取单体顶架来对方位进行调整，支架周边只有配置两个人员来进行操作，其余人员必须要撤退到10 m 之外。

4）支架完成调向之后，必须进行单体卸液，并搬运到安全范围之内，使其不会对施工操作产生影响。

2.6 安全管理

1）对地质构造的变化加以预测。地质构造是对综采顶板破碎造成阻碍的关键因素，因此必须对5202 作业面所处区域的地质构造变化进行预测与研究，开展地质的预测，这样才可以对煤矿进行适当的调整或者采取有效的措施来管理顶板[3]。

2）对矿井的涌水量及地表的塌陷区进行严格观测，及时把握涌水量的变化状况，明确临近矿井的开采状况，掌握涌水状况及采空范畴，避免其出现越界开采，导致巷道之间彼此融通，采空区及古空积水会涌入到矿井中，进而导致事故的产生。

3）在进行回撤的时候应当重视瓦斯及毒害气体的检测，对煤层渗水及顶板淋水的状况进行详细观察，一旦发现异常，应立即上报到调度室，并且要及时追踪排水管路，将巷道低洼部位的积水进行清除，在回撤的过程中必须要重视顶板的管理。

4）做好防治措施。在进行回撤的施工时，其中存在较多的风险因素，应当遵照相关要求来进行轨道的铺设、绞车的安装等一系列操作，避免产生各种类型的事故，如跑车故障等。

5）加强矿工培训教育。对员工进行理论知识培训工作，促使他们意识到顶板破碎的危害及事先做好搬家准备的意义，同时积极引导矿工理论结合实际来开展开采工作，从而增强煤炭开采作业的科学性。

3 结语

在破碎顶板条件下，5202 综采作业面若要确保收尾的安全性、搬家的快速性，其关键在于切实执行各个技术的保障措施。考虑钢棚超前架设、树脂纤维网的铺设等因素，确保作业面的设备回撤、顶板控制等各项技术的保障措施之间的协调适应性，以确保作业面设备的安全回撤，从而增强矿井生产的安全性及高效性。