大采高破碎顶板拆除工作面支护工艺研究

摘 要：淮北矿业下属矿井综采工作面，在拆除过程中面临“三大一软”难题，即大采高，大倾角，大台阶，软底(煤底)。为有效解决大采高破碎顶板拆除工作面顶板支护难题，采用超前拉移煤壁侧掩护架，超前支护回风通道侧顶板；三角区顶板采用单体+圆木点柱共同支护，大大提高了三角区顶板的支护强度。迎头支架调向、掩护式支架拉移，使用遥控调架装置远程操作。为提前封闭创造了有利条件，大大提高了设备拆除效率，缩短了拆除工期。

关键词：三大一软；大采高；破碎顶板；超前支护；三角区；远程操作

0.引 言

由于大采高破碎顶板拆除工作面，煤壁侧围岩应力大、存在烂网漏矸现象，支架调出后，迎头顶板压力显现明显，若支护不及时，面临顶板冒落的风险。巷道超高，使用单体超前支护效果差，且打设单体及回收单体的过程中存在的风险较大。对此，积极采取超前拉移煤壁侧掩护架，超前支护回风通道侧顶板；三角区采用单体+圆木点柱共同支护顶板，围岩破碎及压力显现地段，打设木垛进行补强支护。使用遥控调架装置远程操作对支架进行远程调架，杜绝了人员进入架档内操作支架，实现远程遥控操作，降低了劳动强度，提高了安全系数，提升了综采安拆智能化水平。

1.工作面概况

1.1许疃煤矿72313工作面。①工作面煤厚0.50～5.50m，平均4.60m，局部含0～1层夹矸，夹矸总厚0～1.20m，平均厚0.2m。煤层最大倾角13°，平均11°。直接顶为4.6m左右泥岩，基本顶为9.4m左右细砂岩，直接底为5.3m左右泥岩，基本底为10.6m左右细砂岩。②工作面铺网采用单层矿用聚酯纤维柔性网+钢丝绳进行铺设。共采用5张柔性网，3张柔性网沿工作面倾斜方向长61m，2张柔性网沿工作面倾斜方向长48m，每张沿走向方向长均为15m，相邻柔性网压茬长度5m。钢丝绳间距0.8m，共计15根。工作面推采至铺网线，从机尾开始铺网。③顶板支护形式：工作面顶板破碎地段，施工走向联锁钢梁支护，使用单体支柱配合L=2200mm29U型钢梁对接后使棚管理，一架两棚，一梁两柱，棚距875mm，柱距1500mm，煤壁侧使用大笆和木料背严背实，顶板用木料、板皮、金属网过严实。④出架通道顶板用锚带网索梁支护，一架两棚，棚距875mm，采用3000mmU型钢直梁与1700mmU型钢弯梁搭接作棚梁，2700mmU型钢直腿与2200mmU型钢弯腿搭接作棚腿。部分地段底板矸石较厚，留台阶施工，台阶宽度不大于1m，高度不大于1.5m，选用1800～2600mmU型钢续接棚腿，棚腿深入底板矸石不小于200mm。⑤U型棚棚梁与支架主梁搭接长度不小于200mm。顶板使用规格为：长5000mm×宽1000mm的金属网过顶，金属网铺设与支架主梁上方的柔性网顺茬连接，搭茬200mm，并在搭接处每隔200mm用双股14#铁丝捆扎牢固。两架之间使用连杆连接，连杆安装在U型钢卡缆上。U型棚搭接处使用高阻限位卡缆连接，搭接长度≮500mm，卡缆扭矩≮300N·m。⑥棚梁加固：在顶板U型棚梁上施工两排顺山锚索梁补强加固，第一排锚索梁距支架主梁梁端1000mm，第二排锚索梁距支架主梁梁端3000mm。采用Φ22 6300mm的锚索、梁用L=3600mmU型钢，一梁三索，锚索间距1600mm；部分地段顶板破碎，无法施工锚索，使用锚链配合L=3600mmU型钢对棚梁连体捆绑。未施工锚索梁前，每棚U型钢梁下使用单体支柱进行临时支护，施工锚索梁后，撤除单体支柱。棚腿加固：续接棚腿后，在距棚腿1500mm处施工一排锁腿梁进行补强支护，采用Φ22L=3100mm的锚索、梁用L=3600mm工字钢，一梁三索，锚索间距1600mm。⑦出架通道为矩形断面，净宽×净高=3700×4400mm。

1.2袁店一井煤矿3221工作面。①工作面倾斜长度312.9m，煤层赋存较稳定，煤厚0～3.52m，平均2.59m，煤层结构较简单，局部发育1～3层黑灰色炭质泥岩及深灰色泥岩夹矸，厚0～1.1m，平均0.3m。煤层倾角4～17°，平均9°，机头段底板最大17°。顶底板岩性以浅灰-灰色粉、细砂岩为主，夹灰-深灰色泥岩。②工作面铺网采用单层矿用高强聚酯纤维柔性网+钢丝绳进行铺设。工作面共采用9张柔性网，每张柔性网沿工作面倾向方向长40.5m，沿走向方向长12m，相邻柔性网搭接长度5m，钢丝绳间距0.8m，共计13根。顶板破碎时，在钢丝绳之间加穿废旧轨道（或11#工字钢梁）支护顶板。③顶板完好地段用锚带网索梁支护，左旋无纵筋高强树脂锚杆规格为Ф22×2800mm，锚杆间排距800×800mm，排距误差±50mm。钢带规格为2100mm、1200mm长M4型。金属网规格6000×1200mm。锚索规格为Ф22×6300/8300mm，距支架顶梁前端1000mm、2000mm位置分别施工锚索梁，锚索间距1300mm。④顶板破碎或煤顶段采用U29型钢架棚施工，棚距750mm，棚腿和棚梁搭接压茬500mm，使用两幅卡缆固定可靠，棚间使用1根拉杆，棚梁与支架顶梁搭接长度不小于300mm，距支架顶梁前端1000mm、2000mm位置分别施工锚索梁，锚索眼距1300mm，锚索规格：φ22×6300mm，长度根据顶板岩性探查确定，确保生根在稳定岩层中；距棚腿根部700mm位置施工锚索梁，锚索眼距1300mm，锚索规格：Ф22×4300mm，锚索梁使用矿用11#工字钢加工，使用8#铁丝编制的菱形网配合板材背帮，净宽×净高=3200×3600mm。在支架顶梁上距梁端600mm位置安装单轨吊梁，然后对拆除通道进行卧底，煤壁台阶宽度不大于800mm、高度不大于800mm，对煤壁台阶进行封帮，使用1200mm长钢带，锚杆规格：Ф22×2800mm。

2.存在的难点及原因分析

2.1工作面前期设计以煤壁侧做出架通道，后期施工过程中发现顶板破碎段较多，存在吊轨坠落风险，后改为支架下方作为出架通道的方案，间接导致煤壁侧顶底板超高，许疃煤矿72313工作面煤壁侧顶板高度局部达到6.1m，袁店一井煤矿3221工作面煤壁侧顶板高度局部达到5.4m，给顶板管理造成较大困难；回风通道局部顶板破碎，且柔性网与金属网搭接无压茬，连网铁丝较少，部分锚索梁失效，导致顶板坠网，煤壁侧1#掩护架降架拉移过程回风道顶板下沉量较大，存在撕网、窜矸，堵塞回风道的风险。

2.2在煤壁侧使用3架掩护式支架交替迈步式对工作面顶板进行支护，掩护式支架拉移后在煤壁侧掩护式支架后方打设木垛，维护回风通道，当遇到大采高破碎顶板时，传统的支护工艺不能达到超前支护的效果，支架降架后易造成顶板冒落、垮落堵实回风通道，顶板矸石掉落砸伤施工人员的风险。

2.3三角区顶板，采取在老塘侧掩护式支架顶梁上过工字钢，每架2根，工字钢与中间掩护式支架搭接≮300mm，出老塘侧不少于1m，并在老塘侧工字钢梁下打设2棵单体点柱，见八回二对顶板进行支护；受破碎顶板影响，支柱支护轻度不够，造成使用周期短，回柱难度大、效率低。职工劳动强度大，安全系数低。

3.采取的解决方案（创新点）

根据工作面的现场实际情况，经公司生产技术部、安全管理部联合桃园项目部、朔里项目部共同研究：针对大采高破碎顶板拆除工作面，顶板管理坚持“两小”原则，即减小空顶时间和缩小空顶面积；积极采取超前拉移煤壁侧掩护架，超前支护回风通道侧顶板；三角区采用单体+圆木点柱共同支护顶板，围岩破碎及压力显现地段，打设木垛进行补强支护。使用遥控调架装置远程操作对支架进行调架，杜绝了人员进入架档操作支架，实现远程遥控操作，降低了劳动强度，提高了安全系数，提升了综采安拆智能化水平。

3.1超前拉移煤壁侧掩护架，超前支护回风通道侧顶板。

3.2三角区采用单体+圆木点柱共同支护顶板。

3.3迎头调架采用遥控调架装置远程操作。

4.制定措施

4.1针对大采高破碎顶板拆除工作面，积极采取超前拉移煤壁侧掩护架，将掩护式支架向老塘侧抵靠，超前在煤壁侧打设木垛，顶板破碎时，在煤壁侧掩护式支架后方打设木垛，超前支护回风通道侧顶板；有效解决了大采高破碎顶板超前支护难题，确保了全负压通风。

4.2采用3架掩护支架，并在2#、3#掩护支架顶梁上过3m长工字钢梁，工字钢梁出3#掩护支架1m，在老塘侧工字钢梁下打设单体支柱，顶板铺网钢丝绳下打设圆木点柱；围岩破碎及压力显现地段，打设木垛对三角区顶板进行补强支护；为支架回撤提供了空间，单体回收创造了条件。

4.3提前对支架状态进行排查，对损坏的管路、片阀、电磁阀接口等提前安排人员进行处理，有效解决了远程控制装置信号差，部分支架状态差，立柱不降、电磁阀接口变形，造成远程控制装置不能正常使用的问题。

5.结 论

①劳动组织合理。工作面拆除运输系统较为复杂，人员使用较多，实行“双十”制度，最大程度减少人员路程时间的占比，增加作业时间，保证了拆除效率。②加强回风道顶板超前管理意识。根据顶板情况优化创新支护工艺，坚持“两小”原则，加强工作面上下出口段回风道的顶板管理，1～5#架实施走向联体木垛连续支护的方式维护顶板。③加强专项安全风险辨识的学习培训。使辨识出的风险能指导安全生产，做到人人皆知风险点，熟练掌握管控措施。④加强特殊地段、施工难点管理。对大采高、顶板破碎、倾角大、卧底工作量大等施工难点，加强施工现场安全管理；班前会重点强调特殊地段、环节安全注意事项，管技人员现场跟带班紧盯现场和重点环节。⑤加强日常“硬件”设备的检修与维修，降低影响进度问题。⑥大采高破碎顶板安全高效拆除在许疃煤矿72313工作面、袁店一井煤矿3221工作面拆除中，取得较好效果，为大采高破碎顶板工作面拆除积累成果经验。

参考文献：

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