特厚煤層孤島工作面快速停采工藝應用

王國超

（晉能控股集團調度應急指揮中心，山西 大同 037000）

1 概況

8102 工作面可采走向長度1400 m，傾斜長度251 m，煤層厚度15 m，傾角3°～5°。煤層中含7 層夾矸，夾矸總厚度2.4 m?；卷敽穸?0.32 m，為中粗粒砂巖，直接頂厚度4.61 m，為高嶺質泥巖。工作面最大涌水量為0.09 m3/min，相對瓦斯涌出量為0.6 m3/t，絕對瓦斯涌出量為10.44 m3/min。工作面北部毗鄰8103 工作面采空區(qū)，西部為三條盤區(qū)大巷，南部毗鄰8101 工作面采空區(qū)，上部對應侏羅系14#煤層多個工作面采空區(qū)，層間距144～159 m。該面為同忻煤礦首個特厚煤層孤島工作面，頭尾兩巷保護煤柱均按照小煤柱（6 m）留設。開采過程中，工作面周期來壓顯現強烈，兩巷受應力疊加影響變形嚴重。2021 年6 月工作面進入末采階段，如何實現安全快速停采是煤礦面臨的主要難題[1-5]。

2 停采位置選擇

通過對地測鉆孔分析，對照工作面四鄰及上覆層間關系，8102 工作面采位1400 m 位置附近無上覆煤柱影響，2102 巷已進入實煤區(qū)，避開8101 工作面采空區(qū)側向支承壓力影響，5102 巷受8103 工作面采空區(qū)側向支承壓力影響，但考慮盤區(qū)巷道最小保護煤柱留設問題，最終選擇采位1400 m 為停采位置。工作面四鄰關系及停采位置如圖1。

圖1 8102 工作面四鄰關系及停采位置圖

3 停采步距確定

停采過程中，為保證支護期間頂板完整，盡量避開在支護期間（尤其擴刷機道期間）遭遇周期來壓，破壞停采階段的支護體系。

正常推進階段（頭～1085 m）：最大來壓步距為38 m，最小來壓步距為15 m，平均來壓步距為26 m。推進緩慢階段（1085～1370 m）：最大來壓步距為28 m，最小來壓步距為15 m，平均來壓步距為21 m。

按照平均法計算，8102 工作面平均來壓步距為（26+21+15）÷3=20.7 m?？紤]該工作面在停采前30 m 處開始不進行放頂煤，工作面來壓步距還會適當加長，為避免停采階段遭遇周期來壓，工作面最終的停采步距不宜超過20 m。

通過現場觀察和統(tǒng)計分析，每次周期來壓循環(huán)可以分為三個部分：持續(xù)壓力區(qū)，一般為10 刀左右；頂板完整區(qū)，一般為12 刀左右；頂板惡化區(qū)，一般為5 刀左右。 按照上面對停采步距的統(tǒng)計分析，最終確定8102 工作面停采支護距離為18 m，即工作面自上網至工作面機道擴刷完畢需推進24 刀，如圖2。

圖2 8102 工作面停采步距圖

4 停采工藝及流程

4.1 支護方案

按照上述計算的停采支護距離，支護從工作面距離停采線18 m 時開始實施，前12 刀距離進行無支護掛網，隨工作面向前推進，柔性纖維網甩入古塘，從第13 刀開始，采用柔性纖維網+錨桿（索）+鋼梁（帶）+輔助鋼絲繩的支護方式，每推進1～2刀，支護一排。

4.2 支護優(yōu)化

通過對礦井其他搬家工作面支護經驗進行總結，結合8102 工作面特殊開采條件，對停采支護方案進行進一步優(yōu)化，減少支架主頂梁上方一排錨索+工字鋼支護，并利用鋼絲繩支護代替錨桿+鋼帶支護，同時考慮支架回撤期間的頂板安全，在回撤通道上方增加一排錨桿+鋼帶支護。優(yōu)化情況詳見表1、圖3。

圖3 8102 工作面停采支護斷面圖（mm）

表1 停采支護優(yōu)化前后對比表

4.3 支護流程

（1）上網。工作面推進到距離停采線18 m時，沿工作面方向從頭至尾鋪設兩塊柔性纖維網，網片尺寸為21 m×131 m，網眼規(guī)格為40 mm×40 mm，網片搭接重疊5 m。隨工作面推進，網片不足及時續(xù)網。

（2）安裝鋪網絞盤。絞盤固定在支架前立柱上，支架前梁安裝滑輪，每一個支架安裝一組。利用鋼絲繩通過滑輪和絞盤將網托起，方便快速鋪網。

（3）吊掛固網鋼絲繩。工作面推進12 刀后，在進、回風順槽頂板分別打一根Φ17.8 mm×8300 mm 錨索，錨索頂端固定M24 的花籃螺栓，將鋼絲繩在機道內自尾向頭拉開，繩頭兩端固定在花籃螺栓上，排距1600 mm，拉直繃緊。使用Ф18 mm×1200 mm 錨桿將鋼絲繩固定在頂板上，錨桿間距為1.75 m，起到固網的作用。

（4）循環(huán)掛網并安裝鋼絲繩。工作面每推進一刀，操作絞盤松放鋼絲繩，將纖維網放下，網卷距離刮板輸送機垂直距離不小于800 mm。拉架后，通過支架前探梁將纖維網固定在頂板上，然后鋪設鋼絲繩，鋼絲繩從纖維網下方通過，按照步驟3固定。

（5）支架主頂梁上方支護。自安設第一根鋼絲繩開始，900 mm 后，開始打錨索+工字鋼支護，錨索規(guī)格Ф17.8 mm×6300 mm，每根工字鋼安裝2根錨索，共布置3 排，排距1600 mm。柔性纖維網、鋼絲繩支護繼續(xù)進行。

（6）擴寬機道。當安設的第一根鋼絲繩處于切頂線位置后，拆除支架與前溜鏈接，利用液壓單體支柱推進前溜的方式進行擴寬機道，當支架底座距煤壁7.1 m 后停止。

（7）機道頂板支護。擴寬機道的同時，自支架前探梁開始進行“ 錨桿+ 鋼帶” 支護。錨桿規(guī)格Ф22 mm×2800 mm，鋼帶規(guī)格BHW3500×280×4 mm，共布置6 排，排距900 mm。同時在第三、四排之間安設1 排“組合錨索”，每組錨索為3 根，規(guī)格Φ21.8 mm×10 300 mm，托板采用600 mm×600 mm×16 mm 三孔鋼板，間距3.5 m。

（8）煤壁護幫支護。采用3 排“錨桿+鋼托板+金屬菱形網”支護，錨桿規(guī)格為Ф20 mm×2500 mm，鋼托板規(guī)格為BHW450×280×5 mm，使用150 mm×150 mm×12 mm 鋼托板做墊片，第一排支護距頂板500 mm，間排距1200 mm×1000 mm。

（9）機道維護。支架座箱內主頂梁下支設2根直徑大于200 mm 的木柱，在座箱前方主頂梁下支設液壓單體支柱，每組支架支設1 根。

（10）兩巷補強支護。在進、回風順槽停采線里13 m、停采線外19.5 m，共32.5 m 采用組合錨索進行頂板補強支護，沿走向交錯布置兩排，間排距為5000 mm×2000 mm，托板規(guī)格為600 mm×600 mm×16 mm 三孔鋼板，錨索為三根Φ21.8 mm×10 300 mm。兩巷各布置14組，共28組。

（11）停采支護結束，硬化機道，安裝回柱絞車。

5 支護效果分析及改進

（1）通過對8102 工作面停采支護進行優(yōu)化與實踐，工作面從開始上網至全部支護施工完畢，共用時12 d，比以往同盤區(qū)工作面平均耗時節(jié)省6 d，支護材料和人工費用共計節(jié)省70.6 萬元。從停采后的現場效果來看，頂板及兩巷超前區(qū)段完整性較好，未發(fā)現支護破壞及頂板軟脫下沉等情況發(fā)生。

（2）從工作面撤退現場分析，支架主頂梁上方第一排“工字鋼+錨索”支護效果較好，第二、三排“工字鋼+錨索”支護作用有限。改進方案：利用鐵絲捆綁固定第二排工字鋼，不施工錨索；第三排工字鋼直接優(yōu)化去掉，進一步減少停采時間，提高停采效率。

（3）停采支護時，鋼絲繩和柔性纖維網獨立進行安設，既增加了施工難度，又增加了施工時間。改進方案：鋪設柔性纖維網前將鋼絲繩編入網中，形成鋼絲繩纖維網，上網后鋼絲繩兩端再進行固定，支護效率會大大提升。