大倾角倾斜综放工作面下行回撤技术研究

一、立项背景与研究的目的和意义

从我国目前地下开采技术发展趋势来看，综采是采煤工艺发展的重要方向，它具有高产、高效、安全、低耗以及劳动环境好和劳动强度小等优点。综采工艺已在煤矿开采中成功应用多年，不仅提高了煤矿地下开采的机械化水平，而且减少了工作面顶板事故的发生，但综采工作面的收尾回撤相对炮采和高档普采也存在不足。一方面综采回撤的设备多、体积大、重量重;另一方面综采工作面支架需要抽架后转向，支架前梁到煤帮留有1.8-2.4m的抽架转向空间，在该空间内打设锚网索带支护，相对控制顶板效果差，材料投入多，劳动强度大，在回撤过程中回撤通道维护困难，顶板易垮落，造成作业断面的减少而影响通风，使作业场所瓦斯和煤尘浓度高，风速超限，容易导致一些安全事故的发生，所以传统综采工作面按从下向上收尾回撤，不但耗费大量的人力和物力，而且在支架回撤后顶板垮落、通风通道易变形收缩，不利于顶板维护，而且在回撤地点采用局部通风机通风容易造成瓦斯积聚，给回撤工作带来了较多安全隐患。

我公司工作面采煤方式为下行后退式采煤，上中层煤一次采全高，采用全部垮落法管理顶板。当上部工作面回采后经上部围岩应力传递使下部工作面回巷压力大，巷道收缩变形严重，加之工作面煤层底板为灰色泥岩，平均厚度1.8米，遇水易膨胀，造成回风巷底鼓严重，在回撤工作面时回风巷轨道、吊装硐室维护和维修频次多、任务重，不但影响回撤进度而且安全保障能力低。

为了使工作面回撤做到安全、快速、高效，我公司根据工作面布置方式、采煤方法和巷道围岩特性及变形规律，在认真总结经验在同时，在技术上采用多方案比较，经反复论证打破了工作面传统的从下向上支架撤除工艺，在综采（放）工作面大倾角下实行从上向下回撤技术，并先后在3226下、31100S、31101工作面回撤过程中对此项新技术进行了大胆实践与检验。使用该技术后一是使工作面回撤地点始终处于全风压通风状态，解决了上隅角瓦斯超限的问题；二是将吊装硐室建立在进风巷，回撤后的设备全部从进风巷向外运输，进风巷压力相对较小，大大减少了运输轨道和吊装硐室的维护和维修，缩短了回撤时间，提高了安全系数；三是解决了上行回撤中绞车拉移力不足的问题，下行回撤中除绞车拉移外靠液压支架自身下滑力，减小了绞车拉移力，可选用尺寸较小，便于安装的绞车，减少设备投入。通过采用下行回撤法回撤综采工作面液压支架，不但为不同条件下的综采支架的回收方式探索了一条新途径，而且有利于节约回撤成本和提高生产效率，给煤矿开采带来了良好的经济效益，提供了安全保障。

回撤通道（倾斜巷道）矿压显现规律

      

 

                     

I、原岩应力带：显现轻微，一般不受破坏。II、开始变形破坏严重，移近速度达10~30mm/d,峰值区严重。III、边缘卸载带：煤体破坏，应力降低，向平衡过渡，移近量仍较大。

    我公司回撤通道顶板直接顶与老顶每周下沉量示意图（资料)

二、工作面下行回撤需解决的技术难题

    1、支架在抽架后大倾角斜面上转向时预防倒架的技术问题。    2、在大倾角回撤通道内支架向下拉运时预防支架自行下滑技术。

    3、在支架下拉过程中拉运大量浮碴，堆积在下出口的预防措施。

4、在大倾角工作面支架降架卸载、掐断支架进液和回液管路后有大量的水将会从工作面流到工作面下口，从技术方面研究解决下出口积水的问题。

5、支架回撤后即要求老塘冒落，又要维护回撤通道，如何确定冒落步距和采取相应措施。

三、大倾角下行回撤技术研究与实践

1、工作面的撤除空间(以ZF4800支架参数计算，其它型号支架可参照此方法计算)

1）空间高度

H＝h₁+h₂+h₃+h₄+h

式中:H—拆除液压支架的空间高度，m；

h₁—液压支架拆运基面高度，h₁=0.3m；

h₂—液压支架收缩后的最小高度，h₂=1.8m；

h₃—液压支架运搬安全间隙,取0.2m；                                                                                        

h₄—液压支架顶架底突出面至顶板最大处厚度h₄=0.3m；

h—预计顶板下沉量,h=0.2m；

所以：H＝0.3+1.7+0.2+0.3+0.2＝2.8m

2）空间宽度

B＝L₁+L₁¹＝ L_b

式中：B—液压支架底座前端至煤壁距离；

L₁—— 液压支架顶梁前端至煤壁距离距离，L₁=2.4m；

L₁^′——液压支架顶梁伸出底座的长度，L₁=2.1^′m；

L_b—— 液压支架收缩为最小高度时的长度，L_b=6.7 m；

    所以：B＝4.5m（支架顶梁至煤帮2.4米）

2、大倾角下行回撤通道顶板支护工艺

为加强工作面的顶板管理，天祝煤业公司对工作面回撤空间顶板采用锚网索带支护，当工作面距离停采线15米时开始停止放顶煤，当工作面距离停采线12米的范围内在推采结束时必须将回撤通道构建完毕。在开始的6米范围内全工作面铺设单层菱形金属网（顶板破碎时挂双层网），采用锚网支护控制顶板；当采至距离停采线6米时开始铺设双层菱形金属网，顶部均采用锚网钢带支护，钢带长4米，排距0.6米，钢带沿倾向铺设；当采至距离停采线9-12米范围内时，顶部均采用锚杆（索）网钢带支护，与金属网接茬处必须可靠连接，金属网一直敷设至回撤通道结束，金属网茬子搭接长度不小于100mm。锚杆间排距：800×600㎜，锚索间排距：2.4×1.2m，锚杆采用直径22㎜，长2.4m的螺纹钢锚杆，锚索采用直径17.8㎜，长5.3m的钢绞线锚索（锚索间排距可根据顶板、、压力实际情况增大或减小).

当工作面回采至停采线2.4米时，停止移架，采煤机继续割煤且推移刮板输送机，伸出液压支架伸缩梁，以控制暴露的顶板；割第二片帮前，将推移装置脱开，改用单体支柱以支架底座为支点推移前部刮板输送机，先推溜后割煤，同时，仍全部有效地使用输送机防滑装置；当回撤通道最后割完后，在每付支架上，沿走向架设直径不小于18㎝，长3m的半圆木，半圆木一侧架在支架前梁上，另一头架在煤壁侧的单体支柱上，棚距1.5米。回撤通道完成后，在工作面煤帮挂单层金属网并打铁锚杆加固，以防止片帮，锚杆间排距为1.0×1.0m。

3、 工作面回撤前的主要准备工作

1）、从工作面距停采线12m处起，工作面必须严格执行“三直、两平”的质量标准进行收尾停采（即煤帮直、液压支架直、输送机直、顶板平、底板平）。为了保证回撤时有足够的空间，而且不至于把液压支架压死，必须保证液压支架活柱的伸出量不少于600㎜（即回撤通道高度必须达到2.8米）。

2)在进风巷施工一吊装峒室（里檐子距停采帮10m），并在做回吊装硐室长度为5米，宽度5米，高度5.5米，采用码放木垛支护，在木垛上安装起吊梁及两台电动葫芦（吊装硐室位置、规格、支护方式可视实际情况而定）。

    3）、工作面回采至距停采线3.0m时，割煤过程中工作面下底回采，在最后沿走向2.4m范围内必须使底板下底深度达到300㎜,并将下出口7.5米范围采用下底回采制作成平巷，作为下拉支架缓冲地段，并割成圆弧过渡至工作面。在回撤通道完成、前溜拆除后在吊装硐室至回撤通道下端30米范围将通道底板用C3O混凝土进行硬化，硬化厚度300㎜，宽度为从距煤帮300㎜开始向老塘侧2m。

4)、在工作面回风石门和进风车场分别安设一台局扇，并悬挂风筒至回撤通道处，以便回撤支架通风之用。

5)、端头支护撤除后，在原端头位置的巷道下帮施工一水仓，并安装水泵排水。

6）、在进风巷安装临时乳化液泵站一台（两泵一箱）。

7）、工作面停采时，在下出口做好三角缺口，长×深×高：3×1.2×2.8米，将回撤通道与运输顺槽上帮交叉处做成弧形 。

4、工作面大倾角下行回撤方案

工作面进风巷所有设备从进风巷装车回收出井；前后部刮板输送机及附属部件（挡煤板、齿轨等）采用从上向下的顺序，分件拉移至下出口至吊装硐室装车外回；端头支架拉移至掩护梁超过下出口以外1米处解体，分件拉移至吊装硐室装车回收出井；工作面液压支架采用从上向下顺序拉移至下出口至吊装硐室解体装车运往地面，过渡架拉移至吊装硐室解体装车运往地面。 

5、工作面大倾角下行回撤支架设备撤除顺序

   当综采工作面回撤通道制作完成后，即可进行设备的撤除工作，其顺序为：

进风巷皮带

设备列车                 进风巷转载机—— 采煤机----- 前部后部刮板输送机———端头支架 ——工作面及进风巷铺设轨道、硬化底板 ——工作面基本支架——过渡架----乳化泵站---皮带剩余部件及两道支护用品、轨道等。

 1）、端头支架的撤除`

 ①为保证端头支架的安全撤除，工作面首先撤除端头支架。端头支架空架外拉6米，即端头支架外拉至后立柱距回撤通道1.2米时开始解体。端头支架每向前拉0.6米，必须在架后采用单体液压支柱配合木柱帽支护顶板，当拉移步距达到1.5米时，必须在架后架设木垛，端头支架拉移到拆除位置后在原端头支架位置码设6付木垛，用于支护下端头。

②端头支架拉移到位后，按先左右副架，后主架从前向后的顺序进行分件解体撤除。

3端头支架分解成最小几何尺寸拉移到吊装硐室装车外运。

  2）、工作面支架的撤除

1)、工作面液压支架拉移采用JD--55KW调度绞车拉移。同时在工作面待回支架上方5米处使用单体液压支柱“四压两戗”固定一台25KW绞车，用于支架防滑和工作面运料。

    2）、工作面1﹟2﹟过渡支架回撤时：过渡支架拉移1米后转向由进风巷慢速绞车配合55KW调度绞车拉移至进风巷吊装硐室拆卸装车外运。其余支架经转向后由进风巷55KW调度绞车拉移至下出口，再利用进风巷慢速绞车拉移至吊装硐室装车外运。

3）、液压支架抽出采用单体液压支柱、调度绞车辅助、支架尾梁、插板动作抽出，即先降架，在液压支架顶梁前端打2根单体液压支柱顶住顶梁，降下液压支架尾梁，收起插板，然后伸出插板依靠插板伸出力及绞车拉移使支架前移，同时稍降前立柱，提起支架底座，同时在支架底座后部与老塘间顶单体液压支柱，依靠单体液压支柱升力辅助顶出支架，使支架顺利前移，支架前移2米后停止前移，在支架尾梁下侧戗一单体液压支柱，柱根顶在下一支架底座上，柱头顶在支架尾梁上侧，将55KW绞车钢丝绳拴在支架底座前端，单体液压支柱注液，55KW绞车缓慢拉移促使支架转向。转向过程中及时更换戗柱，使液压支架顺利转向。

4）液压支架转正后在液压支架前底座上拴上55KW绞车钢丝绳绳头，同时将工作面绞车绳头栓在液压支架尾梁上，下出口绞车拉移支架工作面绞车配合，至工作面下出口。

5）、液压支架抽出及转向过程中工作人员必须站在被抽支架下侧的液压支架架箱内操作，被抽及转向支架和钢丝绳运行范围5米内严禁有人工作或逗留。所有单体液压支柱必须远距离操作，并拴好保险绳。升柱时必须缓慢注液且协同配合防止顶斜支架或单体液压支柱弹起伤人。

6）、液压支架拉移至下出口时暂不取开55KW绞车钢丝绳，连接进风巷吊装硐室外回柱绞车，利用回柱绞车拉移液压支架，配合单体液压支柱斜顶支架使支架转向并拉移至吊装硐室装车。单体液压支柱斜顶方法与支架抽出后转向时相同，随支架转向缓慢松开55KW绞车钢丝绳，待支架转正，底座进入进风巷时方可取下55KW绞车钢丝绳。

6)、吊装硐室起吊液压支架采用2-3个10吨手动葫芦配合进行，手动葫芦必须用220型溜子大链用专用接链环牢固固定在吊装硐室钢梁上。手动葫芦必须用220型溜子大链与支架底座采用专用挂钩连接。起吊过程中拉动手动葫芦人员必须协同配合，均匀拉移，防止支架失稳。支架提起后将专用平板车拉至支架底座下方，摆正支架重心，保证支架重心端正不偏移。手动葫芦缓慢下放支架装车。支架装车后必须用40T溜子大链与平板车固定牢固，然后外运。

7）、回撤通道拉移液压支架时，被拉支架下方通道内严禁任何人工作和逗留。并派专人观察支架运行情况，观察人必须站在被拉支架下方未撤支架架箱内，发现异常立即通知绞车工停止拉移进行处理。

8）、用手动葫芦提起5吨以上重量的部件时必须使用220型溜子大链连接部件与手动葫芦，且大链必须用整条，不得有连接，若需连接时必须使用专用接链环，上齐销轴。

9）、工作面液压支架回撤过程中，每撤除4付支架，在未撤支架上方6米处，距煤帮1.5米处码一“井”型木垛，木垛采用长1.2米厚0.2米的方木。木垛不随支架回撤而拆除，两木垛间加打圆木中立柱倾斜抬棚，中立柱采用直径不小于0.18米的优质圆木，圆木长度视工作面高度而定，中立柱间距1米，中立柱柱头加垫道木，道木采用长×宽×高＝1.2米×0.2米×0.2米的方木。中立柱及木垛向老塘侧带有75°的仰角，中立柱不随工作面支架回撤而回收。中立柱及木垛必须打在实底上，并用楔子钉牢。

10）、回撤工作面过程中在待回支架上方3米处，沿工作面走向方向打一排单体液压支柱戗棚，戗棚采用DZ—2500或DZ—3150型单体液压支柱配合2.6米花边钢梁或2.4米长半圆木架设“一梁三柱”，戗棚向工作面上出口方向带有80°—85°的戗角。支架回撤过程中每回撤2付支架在待回撤支架上方3米处，沿工作面走向方向打一排单体液压支柱戗棚，然后回撤新戗棚上方3米处戗棚。戗棚随回撤逐渐上移。回撤戗棚时采用从老塘向煤帮方向，从上向下的方法进行，回撤中必须有专人观察顶板压力情况，发现异常必须立即停止工作进行处理。

11）、回撤工作面过程中，每回撤10付支架必须对待回撤支架上方5米、距煤壁1.5米处木垛以里老塘侧顶板进行强制放顶，强制放顶时采用在木垛间老塘侧距木垛0.2米处顶板打一单排炮眼，眼距1.5米，眼深1.8米，每眼装药量2-3码，炮眼剩余部分用水炮泥和黄土炮泥封满。放炮时一次起爆一个炮眼。放炮时严格执行“一炮三检”“三人连锁放炮制”。打眼时工作现场必须有专人观察打眼地点支护及压力变化情况，发现异常必须立即停止工作进行处理。放炮时放炮地点下方及工作面进回风巷所有人员必须全部撤出。防止放炮扇出瓦斯伤人。同时在可能进入放炮地点的所有通道上设置专人警戒，严禁任何人进入放炮区域。。每次放炮后放炮员及班组长必须详细观察放炮地点支护及瓦斯情况，发现异常必须立即停止工作进行处理。放炮严格执行《综采工作面作业规程》的有关规定。

6、回撤通道空间支护

   工作面第一付支架撤除前，必须在无架区码设木垛支护顶板（木垛数量和间距视无架区宽度而定，没有无架区时可不码设木垛），使无架区处于最小空顶距状态。在工作面第一付支架撤除后，紧挨无架区木垛沿走向码设三付木垛，间距3米，外侧木垛至煤帮1.4米。工作面顶板在回撤过程中采用边回撤边冒落的方法。回撤通道木垛成单排码设（顶板破碎时可码设双排木垛），倾向间距为5米（中对中），并在木垛与煤帮间打设撑木，撑木采用方木，在木垛一头竖立一根方木，将撑木撑在木垛方木与煤帮之间。同时在木垛之间沿走向打设戴帽点柱，柱距为1m,柱子采用直径不小于18㎝的圆木，柱帽采用直径不小于22cm的半圆木控制顶板，以确保回撤过程中的通风、行人等，待液压支架全部回撤结束后再回收木垛。同时在回撤支架时，在待回撤支架上方2米和2.8米处沿走向切顶线打设2排抬棚（利用单体支柱配合长度为2.6米的花边钢梁或长度为2.5米的半圆木架设），抬棚间距1米，待撤支架回撤后，抬棚及时下移，如此循环。如果支架撤除距离达到 6米后上段顶板仍不冒落时，要采用人工强制放顶的方法使其冒落，冒落线至回撤支架的最大距离为 3米。

7、主要安全技术措施

    1）检修人员要认真检修绞车、钢丝绳的完好情况。

    2）现场指挥人员一定要切实负责绞车司机要相互配合，确保施工安全。

     3） 每个环节的施工人员一定要在邻架箱体内操作，其他人员躲在距离施工地点至少10米的安全地点，支架向下运输时，支架下方回撤通道内严禁有人工作，人员必须在架箱内行走。

   4）在拆除过程中，要及时清理回撤通道底板上的浮煤、浮碴，并对底板进行平整，以保证支架运输安全畅通。

   四、大倾角下行回撤技术成果

  （一）解决的技术难题

1、通过单体液压支柱的斜顶，很好的解决了液压支架在大倾角斜面上的倒架问题：单体液压支柱斜顶在液压支架尾梁上一方面在下出口绞车的拉移力作用下液压支架架头向下出口方向移动，尾梁在单体支柱作用下向煤壁侧移动，使支架顺利转向；另一方面单体支柱斜顶过程中给液压支架向上出口作用力，防止了倒架。

2、通过在待回液压支架上方5米处安装调度绞车作为下拉支架时的防滑，很好的解决了液压支架下拉过程中的下滑：一方面在液压支架下拉过程中由于支架自重及摩擦力支架下滑，可在支架下拉过程中工作面安装的调度绞车与下出口调度绞车配合，防止支架下拉过程中下滑；另一方面工作面调度绞车可作工作面物料的拉运，减轻职工劳动强度。

3、通过在液压支架底座安装滑靴，减少支架下拉过程中的拉渣问题：滑靴制作成前端翘起结构，支架下拉过程中推起的渣石、浮煤通过滑靴分至底座两侧，同时部分通过滑靴翘起部分的圆弧作用压在支架底座下部，通过支架自重将底板压实，方便下一架拉运。

4、通过在待回支架上方5米处打设单体液压支柱支护的方式一方面加强工作面支护，另一方面起到阻挡上方回撤段放顶后渣石涌向未回撤支架的问题，同时在煤壁侧码设木垛使木垛与煤壁形成通道，解决了支架回撤过程中回撤地点的通风问题，使回撤地点始终处在全风压通风中。

  （二）取得的效果

1、通过合理组织，下行回撤技术大大缩短了工作面回撤工期，通过将下行回撤时间比与上行回撤时间比较，3226下、3100S、31101工作面回撤工期分别缩短了6天、7天、6天；工作面回撤过程中未出现滑架、倒架及其它安全事故，技术可行，达到了预期效果。

2、回撤空间采用码设单(双）排木垛配合切顶线抬棚支护，既降低了职工作业强度，保证了人员安全，又提高了撤架速度，具有较好的借鉴意义。

3、安全状况：无发生轻伤及以上人身事故，实现了工作面回撤过程中安全状况的根本好转。

    4、过将下行回撤效果比与上行回撤效果比较，采用下行回撤方式，取得了良好的经济效益（3226下工作面回撤材料费节约6.7万元，人力资源成本节约7.1万元，31100S工作面回撤材料费节约8.2万元，人力资源成本节约7.5万元，，31101工作面回撤材料费节约6.9万元，人力资源成本节约7.4万元)。

五、大倾角下行回撤技术需要改进之处

1、采用下行回撤，工作面作业水和老塘侧采空区积水容易流到下端头，给工作面回撤工作带来不便，需要完善排水设施和配足排水配备进行排水，当水量较大时，必须制定切实可行的排水方案，避免工作面回撤过程中发生水害事故。

2、下行回撤中还需考虑设备的运输条件或运输距离，进风巷一般比回风巷水平低，距离井筒距离远，下行回撤可能造成设备回收运输距离增大，例如三采区3229工作面：回风巷位于2240上水平，进风巷位于2240下水平，若采用下行回撤，设备将通过2240下水平提升至2240水平，再通过2240上水平提升到2435水平，通过副井提升至地面，增加了设备提升次数和距离；若采用上行回撤则只通过提升2240上水平到2435水平，通过副井提升至地面。

六、大倾角下行回撤技术适应范围

1、回撤通道倾角较大的工作面，特别对坡度为18-30°的工作面。

2、回撤通道上出口及回风顺槽巷道断面较小或矿压显现明显的工作面。

3、支架尺寸较大，对运输系统要求的高瓦斯采区工作面。

4、回撤通道顶板破碎，回撤空间不易维护的工作面。

5、回撤通道底板为泥岩、粘土岩等软岩遇水易松软的工作面。