大采高工作面快速末采方法

摘要

本发明涉及煤炭采掘方法，具体为大采高工作面的采掘方法，有效解决了矿井开采中，现有的大采高工作面末采方法存在诸多缺陷的问题。一种大采高工作面快速末采方法，包括如下步骤：（1）合理设计和施工主撤通道：主撤通道采用宽×高为3.0～4.0×3.5～4.0m的断面设计；（2）提高主撤通道及采场周围相临巷道支护强度：主撤通道及采场周围相临巷道除采用锚网联合支护外，按留巷标准采用锚索加钢筋网补强支护，在主撤通道与工作面贯通侧顶板处施工锚索补强支护；（3）对主撤通道和三角区煤帮注化学浆。基于上述大采高工作面快速末采方法的工艺过程，使得工作面的末采可以顺利进行，且为后序撤架工作创造了良好条件。

说明书

技术领域

   本发明涉及煤炭采掘方法，具体为大采高工作面的采掘方法。

背景技术

在煤炭采掘行业，大采高工作面的末采期间，工作面及相临区域矿山压力急剧增加，矿压显现明显，易发生冒顶事故，末采工程质量难以保证，给工作面的快速末采带来了很大的困难，不能为后序撤架工作创造良好条件。

原有的大采高工作面的末采方法存在的缺点如下： 

1、现有的末采方法中，工作面主撤通道采用高×宽在5.0×3.8m左右，主撤通道断面大，不利于末采期间顶板的管理，曾多次出现主撤通道贯通后，顶板下沉严重，给撤架造成很大困难，甚至不能够完成撤架工作。

2、主撤通道和留巷未进行补强支护，并且巷道的原有支护强度不够，造成巷道严重下沉。

3、主撤通道内使用单体柱支护，贯通时，出现顶板严重下沉，在实际应用中，最大下沉达1.8m，三分之二数量以上的单体柱折断，给工作面撤架造成了巨大困难。即使用工作阻力为7400KN的垛式支架支护，在末采贯通时，顶板也出现1米多的下沉，许多垛式支架被压死，给撤架造成很大困难。

4、实际末采期间，没有对主撤通道及工作面两侧注浆，工作面受末采采动影响，整体煤层变疏，片帮加大，工作面出现了大面积冒顶，致使末采拖延至15天左右，撤架工作也被拖延达40天左右。

5、末采上网距离确定为14米时，主撤通道贯通后，工作面支架后方多数金属网未落地，没有完全覆盖支架，造成撤架困难；末采上网距离确定为18m时，由于上网距离过长，影响了末采进度，末采时间加长，对顶板管理不利，也浪费材料。

6、末采期间采高小于4m时，出现工作面支架被压死的现象，致使机组空间不够。

7、当末采联网时间比较长时，吊网、放网比较困难，对快速推进不利。

8、割煤速度比较快，支架跟不上机组，造成工作面空顶距离过大，容易发生冒顶事故。

因此，有必要对现有的大采高工作面的末采方法进行改进与优化，适应现代化发展。

发明内容

   本发明为了解决现有的大采高工作面末采方法存在上述缺陷的问题，提供了一种大采高工作面快速末采方法。

   本发明是采用如下技术方案实现的：

一种大采高工作面快速末采方法，包括如下步骤：

（1）合理设计和施工主撤通道：主撤通道采用宽×高为3.5～4.0×3.8～4.0m的断面设计。

（2）提高主撤通道及采场周围相临巷道支护强度：主撤通道及采场周围相临巷道除采用锚网联合支护外，按留巷标准采用锚索加钢筋网补强支护，在主撤通道与工作面贯通侧顶板处施工锚索补强支护。

（3）对主撤通道贯通侧及两侧煤帮和工作面两侧煤帮注化学浆：a、工作面两侧煤帮注浆：在工作面推进距主撤通道贯通侧180～200m期间，对工作面两侧煤帮进行注浆加固，注浆眼垂直工作面两侧煤帮，起眼高度2.5～3.0m，眼深5.7～6. 2m，眼距5.5～6.5m，注浆眼仰角15～30度；b、主撤通道贯通侧及两侧煤帮第一次注浆：工作面距主撤通道贯通侧150～180m期间，对主撤通道贯通侧及两侧煤帮进行注浆，施工下排眼，起眼高度1.4～1.8m，眼深11.5～12.5m，注浆眼仰角15～30度，眼距5.5～6.5m；c、主撤通道贯通侧及两侧煤帮第二次注浆：工作面距主撤通道贯通侧100～150m期间，再次对主撤通道贯通侧及两侧煤帮进行注浆，垂直煤帮施工上排眼，且与下排眼呈三花布置（即上排眼与下排眼交错排列），注浆眼距顶板1.0～1.4m，眼距5.5～6.5m，眼深7.5～8.5m。

（4）末采前，在横川交叉口及沿主撤通道贯通侧呈单排直线布置ZZ/12000/26.5/44型垛式支架，主撤通道与辅撤通道的联络横川口布置ZZ/12000/26.5/44型垛式支架。

（5）末采：工作面距主撤通道贯通侧15～16m时，在工作面支架上连金属网；末采期间工作面采高控制在4.5～5.0m之间；末采开始后，上第一趟网到末采结束，连网与割煤工序不平行作业，执行“连网—吊网—割煤—断网—拉架—顶溜”工序，依次循环进行，直到末采结束。

基于上述大采高工作面快速末采方法的工艺过程，使得工作面的末采可以顺利进行，且为后序撤架工作创造了良好条件。

本发明的优点如下：

1、合理设计和施工主撤通道，采用高×宽为3.5～4.0×3.8～4.0m的断面设计，此时主撤通道的矿山压力较弱，矿压显现不明显，对末采工程质量控制和后序撤架工作最为有利。

2、主撤通道及采场周围相临巷道除采用锚网联合支护外，按留巷标准采用锚索加钢筋网补强支护，在主撤通道与工作面贯通侧顶板处施工锚索补强支护，大大提高了主撤通道及采场周围相临巷道的支护强度。

3、末采前，在主撤通道内安装ZZ/12000/26.5/44型垛式支架，主撤与辅撤的联络横川口布置ZZ/12000/26.5/44型垛式支架。这样，在贯通时，顶板不会出现严重下沉，垛式支架也不会被压死，有利于撤架工作的顺利进行。

4、提前对主撤通道贯通侧和工作面两侧煤帮注化学浆，改善煤体结构，提高煤体自身强度。

5、末采期间工作面采高控制在4.5—5.0m之间，末采上网距离确定为15-16m，上网距离合适，不会影响末采进程，且主撤通道贯通后，工作面支架后方的金属网可以落地，完全覆盖支架，有利于后续撤架工作的顺利进行。

6、末采时间大大缩短，以山西省晋城煤业集团有限责任公司寺河煤矿1303工作面为例，末采从2011年2月26日开始上网到2月28日结束，末采用时仅3天，创造了寺河矿大采高工作面末采时间最短的记录，且1303工作面末采实现了安全、高效、快速，未出现任何事故，为后序撤架工作创造了极为有利的条件。

本发明设计合理，有效解决了矿井开采中，现有的大采高工作面末采方法存在诸多缺陷的问题。

附图说明

图1是本发明所述的大采高工作面的快速末采方法的应用位置的平面图。

图中，1-垛式支架，2-工作面支架

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述的大采高工作面快速末采方法的具体实施例（以山西省晋城煤业集团有限责任公司寺河煤矿的末采方法为例）进行详细说明。

实施例1

一种大采高工作面快速末采方法，包括如下步骤：

（1）合理设计和施工主撤通道：主撤通道采用宽×高为3.5×3.8m的断面设计。

（2）提高主撤通道及采场周围相临巷道支护强度：主撤通道及采场周围相临巷道除采用锚网联合支护外，按留巷标准采用锚索加钢筋网补强支护，在主撤通道与工作面贯通侧顶板处施工￠22—8300锚索补强支护。 

（3）对主撤通道贯通侧及两侧煤帮和工作面两侧煤帮注化学浆：a、工作面两侧煤帮注浆：在工作面推进距主撤通道贯通侧200m期间，对工作面两侧煤帮进行注浆加固，注浆眼垂直工作面两侧煤帮，起眼高度2.5m，眼深6m，眼距6.5m，注浆眼仰角18度；b、主撤通道贯通侧及两侧煤帮第一次注浆：工作面距主撤通道贯通侧150m期间，对主撤通道贯通侧及两侧煤帮进行注浆，施工下排眼，起眼高度1.6m，眼深12m，注浆眼仰角15度，眼距6m；c、主撤通道贯通侧及两侧煤帮第二次注浆：工作面距主撤通道贯通侧100m期间，再次对主撤通道贯通侧及两侧煤帮进行注浆，垂直煤帮施工上排眼，且与下排眼呈三花布置，注浆眼距顶板1.2m，眼距6m，眼深8m。

（4）末采前，在横川交叉口及沿主撤通道贯通侧呈单排直线布置ZZ/12000/26.5/44型垛式支架1，主撤通道与辅撤通道的联络横川口布置ZZ/12000/26.5/44型垛式支架1。

（5）末采：工作面距主撤通道贯通侧15m时，在工作面支架2上连金属网；末采期间工作面采高控制在5.0m之间；末采开始后，上第一趟网到末采结束，连网与割煤工序不平行作业，执行“连网—吊网—割煤—断网—拉架—顶溜”工序，依次循环进行，直到末采结束。

实施例2

一种大采高工作面快速末采方法，包括如下步骤：

（1）合理设计和施工主撤通道：主撤通道采用宽×高为3.8×4.0m的断面设计。

（2）提高主撤通道及采场周围相临巷道支护强度：主撤通道及采场周围相临巷道除采用锚网联合支护外，按留巷标准采用锚索加钢筋网补强支护，在主撤通道与工作面贯通侧顶板处施工￠22—8300锚索补强支护。 

（3）对主撤通道贯通侧及两侧煤帮和工作面两侧煤帮注化学浆：a、工作面两侧煤帮注浆：在工作面推进距主撤通道贯通侧180m期间，对工作面两侧煤帮进行注浆加固，注浆眼垂直工作面两侧煤帮，起眼高度2.7m，眼深5.7m，眼距6m，注浆眼仰角30度；b、主撤通道贯通侧及两侧煤帮第一次注浆：工作面距主撤通道贯通侧180m期间，对主撤通道贯通侧及两侧煤帮进行注浆，施工下排眼，起眼高度1.4m，眼深11.5m，注浆眼仰角25度，眼距6.5m；c、主撤通道贯通侧及两侧煤帮第二次注浆：工作面距主撤通道贯通侧120m期间，再次对主撤通道贯通侧及两侧煤帮进行注浆，垂直煤帮施工上排眼，且与下排眼呈三花布置，注浆眼距顶板1.0m，眼距6.5m，眼深8.5m。

（4）末采前，在横川交叉口及沿主撤通道贯通侧呈单排直线布置ZZ/12000/26.5/44型垛式支架1，主撤通道与辅撤通道的联络横川口布置ZZ/12000/26.5/44型垛式支架1。

（5）末采：工作面距主撤通道贯通侧16m时，在工作面支架2上连金属网；末采期间工作面采高控制在4.7m之间；末采开始后，上第一趟网到末采结束，连网与割煤工序不平行作业，执行“连网—吊网—割煤—断网—拉架—顶溜”工序，依次循环，进行直到末采结束。

实施例3

一种大采高工作面快速末采方法，包括如下步骤：

（1）合理设计和施工主撤通道：主撤通道采用宽×高为4.0×3.8m的断面设计。

（2）提高主撤通道及采场周围相临巷道支护强度：主撤通道及采场周围相临巷道除采用锚网联合支护外，按留巷标准采用锚索加钢筋网补强支护，在主撤通道与工作面贯通侧顶板处施工￠22—8300锚索补强支护。 

（3）对主撤通道贯通侧及两侧煤帮和工作面两侧煤帮注化学浆：a、工作面两侧煤帮注浆：在工作面推进距主撤通道贯通侧190m期间，对工作面两侧煤帮进行注浆加固，注浆眼垂直工作面两侧煤帮，起眼高度3.0m，眼深6. 2m，眼距5.5m，注浆眼仰角15度；b、主撤通道贯通侧及两侧煤帮第一次注浆：工作面距主撤通道贯通侧160m期间，对主撤通道贯通侧及两侧煤帮进行注浆，施工下排眼，起眼高度1.8m，眼深12.5m，注浆眼仰角30度，眼距5.5m；c、主撤通道贯通侧及两侧煤帮第二次注浆：工作面距主撤通道贯通侧150m期间，再次对主撤通道贯通侧及两侧煤帮进行注浆，垂直煤帮施工上排眼，且与下排眼呈三花布置，注浆眼距顶板1.4m，眼距5.5m，眼深7.5m。

（4）末采前，在横川交叉口及沿主撤通道贯通侧呈单排直线布置ZZ/12000/26.5/44型垛式支架1，主撤通道与辅撤通道的联络横川口布置ZZ/12000/26.5/44型垛式支架1。

（5）末采：工作面距主撤通道贯通侧15.5m时，在工作面支架2上连金属网；末采期间工作面采高控制在4.5m之间；末采开始后，上第一趟网到末采结束，连网与割煤工序不平行作业，执行“连网—吊网—割煤—断网—拉架—顶溜”工序，依次循环进行，直到末采结束。

具体实施时，如图1所示，工作面宽度为200-300m，沿主撤通道贯通侧及横川交叉口（巷道与主撤通道的交叉口为横川交叉口）呈单排直线布置65台ZZ/12000/26.5/44型垛式支架；主撤通道与辅撤通道的联络横川口（主撤通道与辅撤通道联通时的交叉口即为联络横川口）分别并排布置2台ZZ/12000/26.5/44型垛式支架。所述垛式支架，指具有带立柱复位装置的箱式底座，作整体移动的支撑式支架。主撤通道经过锚索补强支护和安装垛式支架后，主撤通道支护强度大大提高。所述ZZ/12000/26.5/44型垛式支架的额定工作阻力为12000KN，比最初使用的额定工作阻力为7400KN的垛式支架提高了4600KN，有效提高了主撤通道的支护强度。

具体实施时，在给工作面两侧煤帮注浆时，两侧煤帮各注4个眼，每个眼平均用料1吨；主撤通道贯通侧及两侧煤帮第一次注浆注42个眼，每眼平均用料1.62吨；主撤通道贯通侧及两侧煤帮第二次注浆注40个眼，每眼平均用料1.05吨。

所述锚网联合支护：主撤架通道在巷道掘进时，巷道顶板支护采取每米施工5根直径为22mm、长度为2.4m的螺纹钢锚杆，加每米1根钢筋托梁，再加1片规格为5×1.1m菱形金属网，再加每两米施工两根直径为22mm、长度为7.3m的锚索支护。巷道两帮采取每米施工8根（每帮各4根）直径为20mm、长度为2.0m的螺纹钢锚杆，两帮各加一片规格为3.5×1.1m菱形金属网进行支护。目前寺河煤矿的锚杆支护巷道均采用锚杆+锚索+金属网+钢筋托梁进行支护，区别在于巷道断面不同，锚杆数量不同。锚杆支护巷道的这种支护方式，一般叫锚网联合支护。

所述留巷标准：目前大采高工作面巷道多采用“五巷布置”，其中有两条巷道要在该工作面回采结束后，保留下来作为下一个工作面的巷道而重复使用。要保证巷道在工作面采掘结束后留设下来，必须在工作面回采过程中，对需要保留的巷道在原有支护基础上，进行补强支护，确保留巷巷道能够承受回采动压影响，保留下来。为了规范留巷支护，寺河煤矿制定了统一的巷道留设支护标准，便于施工和管理。目前寺河煤矿留巷支护采用的标准为：顶板：每米在原有支护基础上再施工4根直径为22mm、长度为4.4米的锚索，再加直径为6.2mm的钢筋网，该钢筋网比原有菱形金属网强度大；两帮：非工作面贯通侧每米施工4根直径为22mm、长度为4.4m的锚索，并加钢筋网；工作面贯通侧为便于贯通，减少截割金属数量，不再施工锚索和钢筋网。上述对留巷支护采用的标准的具体实施就是所述的锚索加钢筋网补强支护。

 所述化学浆也叫高分子加固材料，目前寺河煤矿用于煤体加固的材料主要有水泥浆和化学浆两种。化学浆主要有北京瑞米公司生产的“瑞米加固1号”和山东浩柯公司生产的“玛丽散”，两者都有两种组分，混合在一起时，发生化学反应，凝固煤体，增加煤体抗拉、抗压效果，在混合过程中发生高温化学反应。

具体实施时，当工作面距主撤通道贯通侧15-16m开始上网时，沿工作面在工作面支架2前梁挂联金属网，直至与主撤通道贯通，金属网覆盖工作面全长并在机头机尾架（指工作面上运输机的机头架和机尾架）各富余出3—5m，搭在所有工作面支架上方，并用16^#双股金属网丝与巷道顶板网联接。

末采上网工艺的具体步骤为：（此处所述步骤均为末采的常规步骤，为便于本申请所述方法的理解，在这里进行详细描述）

（1）挂网前准备工作：

①挂网前必须对工作面所有工作面支架进行检查，确保贯通时工作面支架不漏液、不窜液、不自动卸载。

②挂网前，在工作面安装6台风动锚钻机，且将金属网、网钩、16^#网丝、Ф18-M20-1000mm锚杆、锚固剂、钻杆、钻头、搅拌器等材料根据需要及时运输到位，并按顺序码放整齐，不得影响施工。

③将工作面支架护帮板打出，利用爬梯、高凳、木板搭好架（也可将小护帮收回至水平位置后将支架闭锁，在小护帮间铺上木板作为工作平台），利用6台锚杆钻机分组分段同时进行打眼。

④每个支架打一个眼，将眼打在支架间前梁端，使用Ф19-1500mm的钻杆，Ф30mm钻头，型号为Ф18-M20-1000圆钢锚杆，眼深为950mm；每根锚杆使用一支Z2360锚固剂。

施工顶锚杆工艺流程：搭好工作平台→定孔位→用锚杆钻机打顶板锚杆孔并清孔→往钻孔内放入树脂药卷→用锚杆头部顶住药卷并送入孔底→用搅拌器联接锚杆尾部→转动钻机搅拌药卷至规定时间（一般为20-35秒）→停止搅拌取下钻机→安装下一锚杆。

（2）挂第一趟网：

距主撤通道贯通侧15-16m时开始挂第一趟网，采用锚杆连接锚网的方法将第一趟网锚在顶板上。卷网的长边沿工作面铺设，短边沿工作面走向铺设，采用锚杆压边（200mm）的方法将第一趟网固定在顶板上。固定第一趟网时5—10人将网举起到足够高度，3—5人用铁托盘将网的长边固定到锚杆上并拧紧螺帽；第一趟网短边搭接500 mm，并用16^#网丝双股将接口扭结，每米均匀10道，每道扭结不少于3圈，短边接口必须联双排。

（3）上网标准：

第二、第三、第四趟网为单网，第二趟与第一趟；第三趟与第二趟；第四趟与第三趟长边搭接为200mm，短边搭接500 mm。第五趟开始挂双网，第五趟挂在第四趟网中（即长边搭接为600mm），短边搭接500 mm；第六趟网挂在第五趟网中（即长边搭接600 mm），短边搭接500 mm，依次类推。所有联网用16^#双股网丝扭结，每米均匀10道，每道扭结不少于三圈；单层网必须上下网长边通联，双层网必须三层网长边通联；短边必须联双排。预计上网26趟，其中单网4趟，双网22趟。

（4）吊网、断网：

联网一次不宜过长，每次联网后吊网时，必须保证金属网能够完全由支架护帮板吊起，吊起后距挡煤板500mm为宜，联网至规定长度后，用8^#铅丝把网绑在支架护帮板上，收回护帮板，再将下垂的网用8^#铅丝拽挂与立柱上。采煤机开始割煤，距运输机的后滚筒10－20m后，将收回护帮板上的8^#铁丝剪断，依次再将护帮板打出，将网挑起，开始拉架、顶溜。

工作面顶溜标准：1、顶溜前，首先保证平整，将浮煤、浮渣清理干净。2、运输机移到规定位置后，铺设要达到平、直、稳。

顶溜操作流程：确认顶板完好、矿压正常—支动顶镐—观察运输机的移动—推到预定位置后关闭阀门使镐的活塞杆缩回。

顶溜风险预控：1、顶溜时，先将顶溜的末端顶在牢固的支柱上，严禁使用正规支柱做着力点，注意观察运输机的移动和周围支架情况发现异常及时处理。2、移动工作面运输机机头、机尾时，去掉障碍柱，机头（尾）移到预定位置后，及时补齐机头（尾）支架，移溜槽时对支柱要随摘、随推、随补，防止控顶时间过长，机头（尾）移后必须及时打好机头（尾）压柱，否则不准试机。3、顶溜时，使其逐步前移，严禁从中间向二头顶溜，运输机弯曲段不得小于15m，移动运输机处与采煤机组的距离不得小于15m，移动运输机处的煤壁侧严禁站人。

（5）联钢丝绳：

在第8趟网上部网边联第一趟钢丝绳。具体做法：工作面联设第8趟网前，沿工作面将钢丝绳拉直吊挂在第8趟网与第7趟网搭接600 mm处，然后上第8趟网，再将钢丝绳同第8趟网上部网边第6趟网下部网边联在一起。要求：用16^#双股网丝扭结，每米均匀10道，每道扭结不少于三圈，每趟钢丝绳间距600 mm，共上19趟钢丝绳，钢丝绳在机头机尾端头架各富余出1—2m。如果钢丝绳不够长时可以搭接，钢丝绳搭接段不少于2m，且用不少于3个绳卡联接，前后两趟钢丝绳的搭接段尽量错开不少于20m。