煤矿大采高综采工作面快速回撤工艺优化分析

摘要：通过对比两种大采高综采工作面的特点，对某煤矿综采工作面快速回撤工艺进行优化改进。通过比较，优化改进后的综采工作面在回撤工艺和闭采工艺上更加安全、高效，经济效益也得到提升。此次综采工作面的优化改进将对其他具有相似地质条件的矿井具有参考和借鉴价值。

Abstract： By comparing the characteristics of two mining face of fully mechanized mining with great cutting height， the rapid withdrawal technology and the closed mining technology in a coal mine is optimized and improved. The mining face is safer， more efficient and the economic after optimization and improvement， it also will have reference value for other mine with similar geological conditions.

关键词：大采高综采；回撤工艺；优化改进

Key words： fully mechanized mining with great cutting height；withdrawal technology；optimization and improvement

中图分类号：TD821 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）03-0134-03

0 引言

某煤矿在进行408工作面主、辅撤架通道施工时，工作面回采后期因顶板压力较大，辅助撤架通道顶板剧烈下沉、冒顶、片帮、底鼓等问题比较突出，无法满足安全使用，影响工作面回撤速度与准备工作面的安装。因此，必须对原有的工作面回辙工艺进行改进，以保证工作面撤架工艺在运用上更加安全可靠，使该煤矿矿井建设变得安全高效。

在全风压条件下，以双掩护架分开交错布置的新型撤架回撤工艺技术，进一步提高了综采工作面撤架工作的科学性与安全性，并取得了良好的经济效益，为今后在类似条件下的撤架工作，奠定了坚实基础[1]。在地质条件较差且煤层瓦斯含量较高的矿区，通常采用的回撤工艺是单通道单翼或双翼回撤工艺[2]。综采工作面撤回通道施工过程中采用了先进的锚网支护工艺，回收支架时又大胆采用双掩护支架，解决了顶板破碎，扇形带难以维护的问题，并取得了良好的社会效益和经济效益[3]。

总体来讲，大采高开采的方式导致工作面支架―围岩系统稳定性降低，煤壁处支承压力升高，煤壁片帮现象加剧，支架与顶板管理困难，并造成工作面闭采时回辙难度加大。虽然国内外已有大量矿井对于大采高综采工作面快速回辙工艺均有一定的成功经验积累，但大采高综采工作面快速回辙工艺应与具体矿井的煤岩赋存情况相适应。该煤矿将借助本次大采高综采工作面快速回撤工艺的优化研究，找到与其自身内外部条件相适应的科学的快速回辙工艺。

1 工程概况

井田地处陕北黄土高原南部，由于受沮水河及其支沟的切割和侵蚀，造成基岩出露，沟谷纵横、地形复杂，地表全部为植被和森林覆盖，形成中～低山森林地貌特征。地势呈西北高、东南低态势，海拔高程为+1511.28～+1022.75m，最高处位于金盆梁附近，最低处位于沮水河河谷索罗湾一带，相对高差488.53m。

井田内含煤性地层为侏罗系中统延安组，共含煤4层（组），自上而下依次编号为0号煤、1号煤、2号煤和3号煤（组）。其中0号煤层和1号煤层厚度0.04～0.35m，零星分布，极不稳定，均不可采；2号煤层厚度0.05m～6.75m，平均厚3.39m，全区分布，为井田内主要可采煤层；3号煤层厚度0.15～3.80m，结构复杂且不稳定，见煤点少，含煤面积小，属于零星可采煤层。该煤矿可采煤层特征见表1。

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2 工作面巷道布置

2.1 地质特征

2.1.1 地质条件

408综采工作面位于二号井田一盘区的左翼。工作面走向长度2145m，工作面长度260m。顺槽断面为矩形，走向方位215°，顺槽沿煤层顶板掘进。工作面对应的上部地表为中～低山林区，沟壑纵横，地形较为复杂，上覆岩层厚度为420～600m左右。

408综采工作面主采2号煤层，属侏罗系中统延安组，煤层为黑色，弱沥青光泽，半暗～半亮型，条带状结构，层状构造，内生裂隙发育，煤层厚度4.3～5.9m，底部煤质较差。煤层结构较简单，含有1层矸石层，厚度0.2～0.3m，夹矸岩性为泥岩。

2.1.2 围岩条件

老顶：以灰―浅灰白色细粒砂岩为主，厚层状，具波状层理，较坚硬，分布稳定。饱和单轴抗压强为11.6-73.7MPa，平均43.1MPa，为半坚硬岩石。

直接顶：以粉砂岩、细砂岩为主，局部为泥岩和砂质泥岩。粉砂岩饱和抗压强度为25.1-40.07MPa，平均31.4MPa，为半坚硬岩石，属中等稳定的不易冒落顶板。泥岩和砂质泥岩为层状，水平层理发育，易风化破碎，饱和单轴抗压强度为21.0-29.6MPa，平均24.9MPa，为软弱岩石。

伪顶厚度很小，一般0.5m左右，多为泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩，较松软，易风化破碎，为软弱岩石。常同煤层随采随落，极不稳定，零星分布。

底板：主要为泥岩、砂质泥岩和少量的炭质泥岩，团块状，含丰富的植物根化石，厚度稳定，遇水易膨胀。饱和单轴抗压强度为4.37-24.7MPa，平均14.6MPa，为软弱岩石，存在主要工程地质问题是易产生底鼓变形。

2.2 巷道布置

408工作面、109工作面采用“一面三巷”的巷道布置形式，顺槽断面为矩形，沿煤层顶板掘进，分别为胶带巷、回风巷和辅助运输巷，其中辅助运输巷与胶带巷之间以20m煤柱相隔，该巷道在工作面回采结束后，还将作为相邻的下一个工作面回风巷继续使用。工作面均装备大采高成套综采设备。支护方式均采用“锚网索”联合支护。其中109工作面走向长度2100m，工作面长度260m；408工作面走向长度2650m，工作面长度265m。

3 工作面回撤方案比较

408工作面走向长度2650m，工作面长265m，沿工作面共布置155台支架，从机头向机尾依次布置端头架3架、过渡架1架、普通架147架、过渡架1架、端头架3架。

408工作面及109工作面均采用“两头向中间”的回撤方式（图1、图2），将机头、机尾设备撤出后，即可以进行撤架，只需要维护一条出架通道，顶板管理较容易；将支架抽出后掉向，直接由撤架通道进入出架通道，运至辅运大巷，路线顺畅，环节简单。

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3.1 闭采工艺比较

109工作面在闭采过程中工作面煤壁距停采线18m开始挂网，网为10#铁丝经纬网，网长10.0m，宽1.25m，第一遍挂单网，其余全部挂双层网，网搭接长边不小于600mm，短边不小于200mm，搭接处双排用14#铁丝扭结，扭结点每米不少于5处。在距离终采位置12m处，采用挂双网并在网下挂钢丝绳且两头用锚杆固定的工艺。

408工作面闭采过程中工作面煤壁距停采线18m开始挂网，网为聚酯纤维柔性网，网长280m，宽20m。工作面煤壁距停采线12m开始挂钢丝绳，共20道钢丝绳。钢丝绳为Φ22mm，长280m，间距600mm，钢丝绳挂在聚酯纤维柔性网下。

109工作面在闭采过程中均采用长10m，宽1.25m的经纬网，在挂网过程中人员需频繁进入运输机道进行联网，片帮煤威胁人员安全，闭采速度也受到限制。408工作面闭采使用柔性网，为一张整网，长280m，宽20m，是我矿第一次使用，在闭采过程中无需人员进入运输机道作业，保证了人员安全，取掉了联网工序，大大提高了工作效率。

3.2 回撤工艺比较

109工作面与408工作面地质情况类似，回撤方案基本相同，但采用408工作面回撤工艺经济上节省、使用上安全高效。

109回撤工作面通道在回撤支架过程中，宽度达到8m以上，工作面回撤支架时，每抽出一架，需在原位置支护3-4个木垛，以利于下一架的回撤。这样，支护稍不及时就有可能发生漏顶，影响安全及支架回撤，而过多打木垛对顶板进行维护，不仅浪费了木料，同时也增加了工人的劳动强度。

408工作面回撤过程中增加两台ZZ10000/20/40型液压支架作为掩护支架，替代中间支护的两个木垛，原靠煤墙侧一台ZY10000-26/55D型支架位置基本保持不变。

3.3 经济效益比较

相较于109工作面的撤架方式，408工作面通过对掩护支架的使用，支架回撤完毕时，合计少支护木垛150个左右，可节约道木1万根左右，节约资金38万元，提高了回撤支架的安全系数，保证了工作面支架的安全顺利回撤，同时也降低了工人的劳动强度。

4 结论

408工作面回撤过程中增加两台ZZ10000/20/40型液压支架作为掩护支架，替代109工作面中间支护的两个木垛，工作面回撤完支架合计少支护木垛约150个，可节约道木1万根左右，节约资金38万元，提高了回撤支架的安全系数，保证了工作面支架的安全顺利回撤，同时也降低了工人的劳动强度。

经优化分析，确定该矿工作面合理的快速回撤工艺如下：工作面巷道布置仅施工一条出架通道，通道断面采用直墙圆弧拱形，采用锚网索支护；工作面采用“两头向中间”的回撤方式；工作面闭采过程中采用柔性网，工作面回撤过程中可增加两台ZZ10000/20/40型液压支架作为掩护支架，替代工作面中间支护的两个木垛。该快速回辙工艺已在现场成功应用，并对其他具有相似地质条件的矿井具有参考和借鉴价值。

参考文献：

[1]王东东.综采工作面支架回撤工艺技术优化与分析[J].山东煤炭科技，2016（07）：50-51，54.

[2]王治伟.特厚煤层大采高综放工作面设备安全快速回撤工艺[J].煤矿安全，2013，44（5）：95-97.

[3]孔军峰.综采工作面回撤工艺的改进[C].煤炭企业总工程师专题研讨会，2009.

[4]周海丰，董尹庚，蔡宏年.大采高加长综采工作面矿压显现实测研究[J].煤炭技术，2007，27（10）：50-52.

[5]武建国.大采高综采工作面与巷道围岩控制技术研究[D].太原理工大学，2004.