赵建国

摘 要：将以往的提前掘撤架通道改为了末采直接做撤架通道，并通过分析大采高综采工作面的全过程矿压观测和撤架过程，总结了大采高工作面末采直接做撤架通道的施工方法和经验。

关键词：大采高；末采；地质构造；开采工作面

中图分类号：TD355 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.005

赵庄矿地质条件复杂、构造多、变化快，提前掘出撤架通道不一定能保证通道内无构造，一旦出现构造，则在工作面末采时就不能很好地与撤架通道对接。而直接做撤架通道时，能根据构造的具体情况和顶板压力变化规律，灵活掌握末采的时间、位置，避免大断层对末采造成影响。这样可解决地质条件复杂的大采高工作面回采、末采和搬家难的问题。

1 3306工作面末采前的地质情况

图1 3306工作面平面布置示意图

根据地质部门提供的3306工作面构造影响情况，当工作面推进至距原设计撤架通道180 m处揭露一断层时，断层断距为2～3.3 m。此断层一直延续至原设计撤架通道，在此段断层的影响区域内赋存薄煤区，煤层顶部夹矸连续存在，从机头向机

尾夹矸逐渐变厚，且随着工作面逐步向前推进至断层附近时，机尾侧的夹矸厚度达到4 m左右，夹矸岩性为砂质泥岩。当顶部夹矸的厚度较薄时，随着工作面回采，夹矸随采随落。3306工作面平面布置示意图如图1所示。

2 工作面主要设备使用情况说明

3306工作面采用大采高综合机械化采煤方法，所使用的设备为：液压支架为ZY12000/28/62；采煤机为SL-500；刮板运输机为SGZ-1000/1400；转载机为SZZ-1200/315；破碎机为PGM-250；皮带机为SSJ-140/250/3*400.

3 施工方法

3.1 支护

从工作面开始末采上网到支架停止前移的末采阶段与以往正常末采的过程相同（只有联网密度增加了1倍、一道网丝的间距由100 mm改为50 mm）。需要说明的是，定架的前一循环在架间打锁口锚索支护顶板。打锚索之前，伸出顶梁伸缩梁，及时打出一、二级护帮板护帮，并人工搭设作业平台。如果出现片帮处，护帮板无法护帮时，则应在护帮板下支设单体柱加强支护，并在架间打锚索支护顶板，锁口锚索支护结束后，进行最后一次移架。支架定位后，要求底板平整，且将浮煤清理干净。护帮板打出，每架支架顶梁下支设2根单体柱，以增加对顶板的支撑力（特殊情况下，每架顶梁下可支设4根单体柱）。具体如图2和图3所示。

图2 工作面炮掘通道前煤帮不片帮状态示意图

图3 工作面炮掘通道前煤帮片帮状态支护示意图

3.2 上部撤架通道的形成与支护

施工时，采用了分台阶、分头炮掘和人工清煤的方式。分台阶是指先炮掘上部煤，高度要求为2.5 m，宽度要求为3.893 m；分头是多点同时施工。具体如图4和图5所示。

图4 工作面炮掘通道未扫底煤前理想状态顶帮支护示意图

图5 工作面掏硐炮掘开口施工图

3.3 下部通道施工

上部通道形成后开始使用机组割下部煤，割煤结束后，将巷帮进行支护完成整个通道的施工。工作面撤架通道如图6所示。

4 确定停采位置

确定停采位置时，应注意以下2点：①认真分析矿压规律，切实掌握来压步距；②认真组织实施，将停采位置选定在稳压区内。

具体操作为：根据周期来压步距确定预停采位置，并掌握最后一次顶板来压，待压力释放后，向前推采2～4 m，使支架和机道顶板恰好处于稳压区内。

图6 工作面撤架通道示意图

5 全过程矿压观测

为了了解撤架通道矿压显现规律，工作面距停采剩余97 m时，开始重点对工作面支架压力数据进行全面的采集分析，并对撤架通道施工过程中通道和巷道变形量等矿压变化情况进行观测。

5.1 支架工作阻力观测

5.1.1 支架工作阻力的变化情况

根据矿用数字压力计采集的数据曲线图分析，工作面内的大部分支架、未施工撤架通道的工作阻力基本保持在额定工作阻力的范围内，掘进撤架通道第三排的压力开始增大，30～80#架达到额定工作阻力，安全阀频繁卸压；撤架通道贯通后，10～90#架达到额定工作阻力，安全阀频繁卸压。

此外，工作面中部支架的工作阻力数值偏高。工作面内总共10个测点，其中，最大工作阻力为14 569 kN，超出额定工作阻力的121%；整个工作面支架的平均工作阻力为8 892 kN，占额定工作阻力的74%.整个工作面支架的工作阻力主要分布在5 270～11 860 kN之间，在额定工作阻力的范围内。

5.1.2 施工期间阻力的变化情况

在撤架通道施工期间，工作面向前掘进至第三排后，整个工作面支架的工作阻力基本达到额定工作阻力（12 000 kN），最大工作阻力为13 062 kN，占额定工作阻力的108%，平均工作阻力为10 801 kN。30～89#架的安全阀全部开启，持续时间为13 d；撤架通道建成后，工作阻力有所下降，均保持在9 545～11 806 kN之间。由此可见，顶板来压强烈，导致顶板离层，但可控制顶板大幅下沉的现象。如果不实施强力联合支护措施，则支架难以控制顶板。

5.2 工作面支架活柱下缩量观测

工作面支架最大活柱下缩量为：65#架左柱为190 mm；60#架右柱为167 mm；32#架左柱32 mm、右柱27 mm，属于本工作面中最小的；每日平均的活柱下缩量为12.7 mm；每日最大活柱下缩量为38 mm；整个工作面平均活柱下缩量为107 mm；活柱下缩量在110～175 mm的主要集中在35～85#架。由此可见，直接做撤架通道期间，支架活柱下缩量的变化微弱，进而可控制顶板下沉。具体如表1所示。

30#架 40#架 50#架 60#架 70#架 80#架

左柱 下缩量 右柱 下缩量 左柱 下缩量 右柱 下缩量 左柱 下缩量 右柱 下缩量 左柱 下缩量 右柱 下缩量 左柱 下缩量 右柱 下缩量 左柱 下缩量 右柱 下缩量

1 830 1 830 1 505 1 510 1 525 1 530 1 735 1 742 1 867 1 877 1 985 1 985

1 817 13 1 821 9 1 497 8 1 492 18 1 507 18 1 513 17 1 728 7 1 724 18 1 867 0 1 857 20 1 973 12 1 970 15

1 805 25 1 815 15 1 475 30 1 460 50 1 485 40 1 490 40 1 710 25 1 705 37 1 850 17 1 840 37 1 960 25 1 955 30

1 809 21 1 805 25 1 463 42 1 449 61 1 471 54 1 464 66 1 685 50 1 677 65 1 833 34 1 823 54 1 941 44 1 944 41

1 797 33 1 795 35 1 451 54 1 435 75 1 455 70 1 450 80 1 670 65 1 670 72 1 820 47 1 805 72 1 930 55 1 925 60

1 796 34 1 794 36 1 452 53 1 435 75 1 454 71 1 448 82 1 669 66 1 697 45 1 821 46 1 793 84 1 928 57 1 923 62

1 789 41 1 787 43 1 340 165 1 420 90 1 418 107 1 418 112 1 644 91 1 675 67 1 784 83 1 763 114 1 890 95 1 895 90

1 790 40 1 785 45 1 410 95 1 400 110 1 410 115 1 405 125 1 628 107 1 620 122 1 775 92 1 760 117 1 885 100 1 885 100

1 788 42 1 784 46 1 401 104 1 380 130 1 400 125 1 386 144 1 626 109 1 620 122 1 776 91 1 747 130 1 875 110 1 867 118

1 784 46 1 783 47 1 374 131 1 370 140 1 381 144 1 376 154 1 596 139 1 587 155 1 741 126 1 729 148 1 854 131 1 862 123

1 784 46 1 782 48 1 381 124 1 364 146 1 378 147 1 375 155 1 595 140 1 586 156 1 738 129 1 726 151 1 854 131 1 861 124

5.3 撤架通道锚索受力观测

5.3.1 4#、44#、69#架的受力观测

4#架处1号点23.2 T（28 MPa），2号点坏，3号点26.6 T（32 MPa）；44#架处1号点25 T（30 MPa），2号点28.2 T（34 MPa），3号点坏；69#架处1号点26.6 T（32 MPa），2号点26.6 T（32 MPa），3号点24.1 T（29 MPa）。顶部锚索最大受力为28.2 T（34 MPa），最小为23.2 T（28 MPa），平均受力为25.8 T（31 MPa），锚索最大增阻为1.6 T（1.9 MPa）。上述锚索受力均在额定工作阻力范围内。

5.3.2 20#、37#、51#、80#、104#架的受力观测

20#架处1号点24.9 T（30 MPa），2号点14.9 T（18 MPa）；37#架处1号点14.9 T（18 MPa），2号点13.3 T（16 MPa ）；51#架处1号点坏，2号点26.6 T（32 MPa）；80#架处1号点28.2 T（34 MPa），2号点14.9 T（18 MPa），3号点19.9 T（24 MPa）；104#架处1号点14.9 T（18 MPa），2号点14.9 T（18 MPa）。帮部锚索最大受力为28.2 T（34 MPa），最小为13.3 T（16 MPa），平均受力为18.74 T（22.5 MPa），锚索最大增阻为1.9 T（2.3 MPa）。上述锚索受力均在额定工作阻力范围内。

5.4 顶板离层仪观测

撤架通道采用3个点的顶板离层仪进行观测，基点分别设在9.2 m、7 m和3 m的位置。顶板离层仪分别安设在7#、15#、22#、31#、39#、47#、55#、62#、70#、78#、86#、97#和103#支架处。顶板离层仪最大下沉处为62#支架处顶板离层仪深部，下沉15 mm，中部下沉38 mm，浅部下沉40 mm。其他离层仪的3点均在20 mm的范围内。因此，顶板下沉量均在安全、稳定、可靠的范围内。由于顶板离层仪的安装位置距通道帮较近，支架顶梁基本处于无支护状态的顶板下，所以，顶板离层仪的观测结果与支架活柱下缩的观测结果存在一定的差异。

5.5 顺槽超前支护段观测

33061巷1#断面距工作面30 m两帮的移近量为210 mm，顶、底板的移近量为470 mm；2#断面距工作面25 m两帮的移近量为140 mm，顶、底板的移近量为425 mm；3#断面距工作面20 m两帮的移近量为160 mm，顶、底板的移近量为415 mm；4#断面距工作面15 m两帮的移近量为345 mm，顶、底板的移近量为210 mm。

33063巷1#表面位移断面距工作面26 m两帮的移近量为106 mm，顶、底板的移近量为150 mm，其中，每天顶、底板的最大移近量为80 mm；2#表面位移断面距工作面21 m两帮的移近量为113 mm，顶、底板的移近量为415 mm，其中，每天顶、底板的最大移近量为143 mm；3#表面位移断面距工作面16 m两帮的移近量为170 mm，顶、底板的移近量为275 mm，其中，每天顶、底板的最大移近量为70 mm；4#表面位移断面距工作面14 m两帮的最大移近量为215 mm，顶、底板的最大移近量为240 mm，其中，每天顶、底板的最大移近量为25 mm。巷道两帮移近量、总体收缩量比较稳定，每天最大的移近量为26 mm。具体如图7、图8、图9和图10所示。

图7 33063巷1#断面位移曲线图 图8 33063巷2#断面位移曲线图

图9 33063巷3#断面位移曲线图 图10 33063巷4#断面位移曲线图

5.6 结论

3306大采高工作面现做撤架通道期间，6.2 m大采高支架工作阻力能够满足直接做撤架通道的生产要求；支架活柱下缩量变化微弱，能够控制顶板下沉；直接做撤架通道期间，锚索受力均在额定的工作阻力范围内；直接做撤架通道期间，顶板离层仪下沉数值处于稳定、安全的范围内。

综上所述，3306大采高工作面末采直接做撤架通道的支护设计能够满足施工要求。

6 撤架通道效果分析和建议

6.1 通道的宽度分析

撤架通道设计宽度为顶梁（收缩状态）前端至通道帮的距离为4.5 m，支架底座距通道帮部的最大距离为6.9 m（帮部从底板向上2.5 m以上的帮）。在通道施工结束后，80#架至机尾段基本满足设计要求，80#架至机头段宽度多在4.2 m左右。

在回撤支架时，三角区顶板跟随较紧，需及时维护。因此，80#架往前的支架可向外直线拖拽4.0 m。此时，支架尾部1.4 m的长度仍在工作面正常支架底座前沿的后方。在调节支架的方向时，三角区靠外侧木垛还需滞后1个木垛的空间，但必须对该空间采用单体柱配合板梁的形式临时支护。在3306工作面撤架过程中，通过对现场宽度的实践证明，支架顶梁向前至通道帮4.2 m的距离时，仍然能满足6.2 m支架正常撤架时所需的通道宽度要求。因此，笔者建议工作面撤架通道的宽度应为4.2 m，最小不得低于4.0 m。

6.2 撤架通道的高度分析

3306工作面停架后工作面高度普遍较高，可达4.8 m左右。虽然运输状况良好，但在撤架过程中，三角区网包的下拖量较大，导致顶板管理相对困难。由于抽架时三角区网包下沉快，且下沉量大，加之三角区外侧木垛的支设高度为2.3～2.5 m，而网包下沉台阶可达2 m以上，导致网包易形成向侧面鼓肚的现象，尤其在老塘侧掩护架降架前移时，顶梁侧面易划破网包，造成破网漏矸，进而影响人员和设备的安全。漏矸严重时，将会造成重大事故。因此，笔者建议，在工作面末采时，如果煤层厚度在4.2～4.6 m之间，则可沿顶底板末采做通道；如果煤层厚度<4.2 m，则可沿顶割底补足至4.2 m；如果煤层厚度在4.6～5.0 m之间，则可沿顶留底煤施工，采高提前调整到位，从末采上网第一个循环开始，直至支架停架采高保持在4.2～4.5 m之间，支架停架后，底座向前至通道帮部的高度，可提前控制见顶、见底，通道结束后，无需大面积铺底；如果煤层厚度>5 m，则沿顶留底煤进行末采施工通道，高度控制在4.2 m，通道结束后，应考虑硬化底板。

6.3 顶板支护强度

从撤架的过程看，通道内顶板支护的强度相对较大，凡采取了顶板支护的区域，基本没有出现直接垮落。由此可以看出，通道内顶板支护的强度可满足标准要求。

〔编辑：张思楠〕