大倾角松散煤层综采工作面扩安同步施工工艺

董 明 李 虎 罗 胜 柏仁宣 王永红

（四川川煤华荣能源有限责任公司太平煤矿）

太平煤矿矿井赋存条件及地质构造复杂，井田内存在B13背斜、S13向斜、B12背斜、S12向斜、B11背斜、S11向斜、B9背斜以及29条断层。在这种地质条件下，现有开切上山支护技术不足以保证大断面开切眼安装期间的安全。实践经验证明，在大倾角松散煤层中，开切上山完成导硐，扩帮至大断面后，极易发生顶板及煤帮片冒。因此，研发适用于太平煤矿地质条件的综采工作面设备安装成套技术，与现有安装技术互为补充，形成整套扩安同步施工工艺，对于安全生产意义重大。

1 传统大倾斜煤层综采设备安装工艺

在煤层中沿底板掘进一条宽度略大于液压支架安装全长的巷道，工作面上部上帮煤壁内掘绞车硐室，并安装2台绞车，工作面回风巷内距切眼外帮处安装1台辅助运输绞车，用于平巷牵引运输；上山切眼内设置“#”型轨道。安装时，液压支架捆绑在滑板车上，绞车牵引滑板车进入切眼安装［1-5］。在回风巷轨道与开切上山连接处，设备需完成卸车、装车、捆绑作业，再使用绞车下放完成安装。这种作业方式在大倾角松散煤层安装时，开切上山完成扩帮至大断面（7.2 m×2.6 m）后，难以保持10 d以上安装期内不发生偏冒，因此采用现有技术完成设备安装很困难。

2 工艺设计要求

（1）提高开切上山支护水平，确保安装可靠及后续采煤作业安全。

（2）设计无缝转运旋转平台，提高综采设备机械化率，在设备转载、调向等方面提高可靠性及速度，提高综合安装效率。

（3）根据煤层情况，研究扩安同步施工工艺。

（4）合理制订工艺流程，提高快速安装能力以及可靠性，巷道成型后，尽可能在短时间（3 d）内完成安装工作，有效发挥液压支架的支护作用。

3 工艺及应用

3215—241综放工作面位于700 m水平的北一采区，工作面地面标高为1 075.8～1 210 m，井下标高为842.2～897.5 m；工作面走向长度为294～236 m，平均走向长度265 m；倾斜长度为85～108 m，平均长度92 m。煤层走向为250°，倾向为340°，平均倾角为34°，平均厚度6.46 m，普氏硬度系数f=0.44。15#煤层分15-2#、15-4#两个分层，煤层结构复杂，厚度变化较大，总厚度为3.43～14.98 m，平均6.46 m，其岩性为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩夹煤线。该煤层取样至实验室测试（表1），抗压强度仅为4.41 MPa（f=0.44），抗拉强度平均值为0.81 MPa，属典型的松散煤层，且有B11背斜轴贯穿整个工作面，煤层松软节理发育，不利于工作面顶板及煤壁管理。巷道布置见图1。

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该工作面煤层厚度较大且较松软，现有支护技术难以保持大断面开切上山的长期稳定，极易发生垮落、片冒现象。

3.1 开切眼施工工艺

开切上山拉门位置在运输巷294～301.2 m处，贯通位置在回风巷236～243.2 m处，施工长度为99 m，拉门标高为843.3 m，到位标高900 m。

该工作面开切上山分2次掘进，第一次掘进断面宽度为3.0 m，高2.6 m，掘进断面积为7.02 m2；第二次扩帮至设计尺寸，宽度为7.2 m，高度为2.6 m，扩帮循环进尺为0.8 m，巷道掘进断面积为18.72 m2，净断面积为17.5 m2。按照由下向上的方式进行扩帮，炮眼沿煤层倾斜方向布置。采用锚杆（索）+锚网+W型钢带联合支护，单体配合π型钢梁沿走向加强支护；锚杆（索）间排距为1.6 m×0.8 m，单体间排距为2.0 m×0.8 m；循环进行直至20 m长度。

3.2 扩安同步施工方法

切眼施工长度为99 m，采取从下往上一次掘进（宽度为3.0 m，高度为2.6 m）。注浆加固后切眼需由掘进后的3.0 m宽扩帮至7.2 m，以满足支架安装要求。切眼扩帮施工由下向上分为5段进行，每段倾斜长度20 m（最后一段19 m）；第一段20 m扩帮到位后，进行支架安装。支架安装完成后再进行第二段扩帮，以此逐段进行至回风巷。

该方案具有如下优点：①该工作面采用扩安同步的方式进行施工，存在成功的工程案例；②可对切眼上赋煤岩进行及时支护，扩帮段上赋煤岩悬顶时间短，漏顶几率小；③材料消耗少。

3.3 转运旋转平台设计

改变每次到切眼上口需要利用安装平台换车的模式，采用回转轴承，制作调向平台（图2）。旋转平台设有液压轨道锁定及阻车部件，操纵液压阀即可完成轨道对接固定及分解、阻车器阻车及解除阻车作业，采煤机部件、刮板输送机部件、液压支架等在旋转平台上无需换车，可直接在旋转平台上完成调向作业。上车场处仅需一人完成绞车操作及摘挂车作业。

3.4 安装工艺流程

完成旋转平台与回风平巷轨道连接后，操纵阀组完成轨道连接；蓄电池机车将液压支架以回顶的方式进入旋转平台；操纵阀组完成阻车，使平板车可靠固定；主、副绞车分别与支架、平板车连接可靠，并辅助支架车在旋转平台调向；支架转为前探梁向上、尾梁向下的纵向姿态；由主、副绞车牵引下放到指定位置；主绞车牵引，副绞车分别通过辅助滑轮完成支架卸车、调向、安装作业；主、副绞车牵引平板车返回旋转平台，操纵阀组完成阻车，调向至旋转平台轨道与回风巷轨道连接处，操作阀组完成轨道连接；机车牵引离开旋转平台，完成一次安装作业，如此循环。安装初期每小班可以安装2架支架、2块中板。技术熟练后每小班可安装4架支架、4块中板。扩帮安装同步工艺见图3。

4 结语

大倾角松散煤层综采工作面扩安同步施工工艺的成功实施，有效避免了矿井传统的综采设备安装方法存在的安全问题，而且该工艺劳动强度低，安装速度快，实现了平巷轨道和切眼导硐轨道之间的无缝转运，有利于支架的快速安装。工艺非常适合急倾斜近距离煤层或者顶板条件差的中厚煤层综采工作面设备安装。