朱慕謙
(太原理工大學礦業工程學院,山西 太原 030024)
綜采工作面設備回撤是工作面收尾階段的一道重要工序,直接影響到礦井的生產效率和工作面的接替,如何安全、經濟、快速地回撤工作面設備是回撤技術研究的重點[1-3]。較傳統的綜采工作面,大采高工作面回采設備具有體積大、重量大的特點,很大程度上增加了工作面回撤的難度[4-5]。因此綜采工作面采用快速、安全、高效的支架回撤技術對礦井的安全生產十分的重要。山西晉城煤業集團公司寺河礦二號井151308綜采工作面在撤架施工時進行了“四掩護架”支架回撤技術工業性試驗,達到了提高綜采工作面撤架的工作效率、保障現場施工人員作業安全的目的。
151308 綜采工作面撤架通道斷面寬×高=6.5m×2.5m,長為 180m,坡度 1°~6°,機頭低,機尾高。撤架通道直接頂為10m厚石灰巖,巖性致密、堅硬;直接底為泥巖,遇水易軟化、膨脹。工作面共布置有121個支架,其中119架ZZ8000/17/32型液壓支架支護工作面頂板,2架ZT16000/16/30型液壓支架支護端頭頂板,支架重20t,降至最低時長×寬×高=5390mm×1500mm×1700mm。支架頂蓋重5160kg,支架4根立柱重2580kg,支架底座重1224kg。工作面撤架通道布置示意圖如圖1所示。
圖1 151308綜采工作面撤架通道布置示意圖
傳統的撤架工藝,通常采用兩個掩護架緊貼并行,對撤架通道頂板進行支護。一個液壓支架撤出后,需在其原支護位置采用板梁進行支護;掩護架前移后,需在掩護架后架設木垛進行支護。經多個工作面撤架實踐表明,此技術工藝撤架效率低,工人勞動強度大,特別是在三角區內頂板壓力大,布置板梁數量多,人員在三角區操作時安全系數低。傳統撤架工藝如圖2所示。
圖2 傳統撤架工藝
撤架前,在151216巷內采用1500mm×1500mm的板梁支設木垛,木垛間距不大于1m;在機尾三角區位置架設一個1500mm×1500mm的木垛,151216巷內木垛底部進行鋪網,同時對木垛靠煤幫的兩側掛網進行遮擋;撤架通道內架設3m板梁,靠近煤幫側為單體柱,另一側由液壓支架前梁支起。
撤走118#架并在其原位置布置一個“一梁四柱”抬棚,靠近采空區側支設兩排單體柱架棚;將119#架完全撤出,靠近煤幫擺正作為1號掩護架,同時升起支架確保接頂嚴實,在原119#架區域架設木垛及時支護原支架后半部分空間。
將117#架完全撤出,在其靠采空區側支設單體柱架棚,調整117#架位置,使其與1號掩護架平行,作為2號掩護架,同時升起支架確保接頂嚴實。1號掩護架前移,使其前梁支起116#架正前的兩根板梁,并在1號掩護架后側支設一個木垛,隨后回掉原機尾靠煤壁支設的單體柱。
將116#架完全撤出并運走,在原116#架區域靠采空區側支設兩排單體柱架棚。分別向前拉1、2號掩護架1.5m,使1號掩護架前梁支起115#支架上支設的板梁,待115#架完全撤出并擺正后回掉原118#支架區域靠采空區側支設的兩排單體柱架棚。115#支架后退至與2號掩護架基本對齊,且向采空區側平移,其與2號掩護架中間間距不小于1.5m,作為4號掩護架,同時升起支架確保接頂嚴實。
前移1、2號掩護架1.5m,使1號掩護架前梁支起114#支架上支設的板梁。將114#完全撤出,將4號掩護架前移1.5m,同時升起支架確保接頂嚴實,使4號掩護架前梁及時支護原114#支架后半部分空頂區域。移114#支架插入4號掩護架與2號掩護架中間作為3號掩護架。隨后前移2號掩護架1.5m,此時1號、2號、3號、4號掩護架并齊,4個掩護架形成。同時在4號掩護架靠采空區側掛網,防止采空區碎煤、矸石進入支架前后立柱間傷人?!八难谧o架”支護技術如圖3所示。
圖3 “四掩護架”支護技術示意圖
1號掩護架前移1.5m,并支起所撤支架上支設的板梁;降下被撤支架前后梁,前移、抽出、運走;分別前移4、2、3號掩護架1.5m;使掩護架交替前移掩護支架到撤架狀態,準備撤下一架,其余支架依次類推。
(1)撤3號掩護架,由4個掩護架變3個掩護架。
撤至機頭2#架時,撤出3號掩護架并運走;同時將4號掩護架拉斜,在原4號掩護架前梁支護空間打木垛支護。
(2)撤機頭2#、1#架。
撤出2#架運走,在其原支護區域打木垛、單體柱;分別前移1號、2號、4號掩護架一個步距,使原4號掩護架與2號掩護架平行。同時使1號掩護架支起1#支架上支設的板梁。撤出1#架運走,在其原支護區域支設木垛。
(3)撤剩余3個掩護架。
分別前移2號、4號掩護架一個步距,使3個掩護架對齊。將4號掩護架撤出并運走,并回收原1#、2#架位置木垛前方的單體柱;將2號掩護架撤出并運走,在原2號掩護架位置支設木垛;1號掩護架撤出并運走。
1#、2#端頭架邁步撤出。
(1)由原來的兩個掩護并行變為四個掩護架緊貼并行,增大了掩護架的支護面積,有效控制了三角區頂板的壓力,減少了頂、幫掉碴、片幫傷人等事故的發生,很大程度上保障了現場施工人員的安全。
(2)采用“四掩護架”、少量木垛、少量液壓單體支柱相結合的方式,工藝簡捷、安全可靠,極大地降低了支設液壓單體支柱、木垛的工作量,提高了工作效率。
(3)撤架通道內的液壓單體支柱及板梁可以全部回收再利用,降低了生產成本,取得了較好的經濟效益和社會效益。
“四掩護架”支架回撤工藝技術在寺河二號井151308綜采工作面取得了良好的試驗效果,改變了原有的撤架工藝方式。新型液壓支架回撤工藝技術提高了綜采工作面撤架的工作效率,保障了現場施工人員的安全,取得了較好的經濟效益和社會效益,為今后在類似條件下的撤架作業提供了一定的借鑒作用。