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色连二矿综采工作面新型回撤技术探究与应用
摘要：针对目前煤矿综采工作面回撤过程中存在木料耗费多、转运费时费力且支护中存在安全威胁等问题,分析了目前常用的回撤技术存在的缺陷,并对回撤工艺的顶板支护方式进行了研究,最终确定了一种新型工作面回撤工艺。新型回撤工艺在色连二矿12313综采工作面回撤中成功应用,应用结果表明:使用新工艺,在经济性的前提下能达到安全、快速回撤的效果。
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目前煤矿综采工作面推广使用的回撤工艺大多是大量使用支护木料，随着支架的拆除，在拆除区域使用方木以及圆木对顶板进行强力支护，即回撤通道使用方木进行支护、采空区侧辅以圆木进行支护，这样既能保证支架拆除的安全，又能保证回撤通道的支护强度确保通风安全。但是，这种工艺最主要的问题就是木料需要频繁转运，这其中除了木料的大量耗费，其转运也消耗大量的人力物力，而且转运过程中又增加了很多风险[1,2,3,4,5,6]。鉴于这种情况，本文对回撤工艺的顶板支护方式进行了研究，确定了一种新型回撤工艺[7,8,9,10]。新型回撤工艺最大的特点就是工作面回撤之前对回撤通道顶板进行特殊的支护，从而在支架拆除时能够大幅度地减少支护木料的使用、甚至不用，从而有效地解决了传统工艺存在的一系列问题与不足，达到了工作面安全、高效、经济的回撤效果。
1、综采工作面概况
色连二矿12313工作面面长306m，共计176架液压支架。该工作面主采3号煤层，3号煤煤层厚度为1.1～3.6m，平均厚度2.46m，属半暗型煤，赋存稳定。
3号煤层顶底板情况:直接顶为砂质泥岩，灰色，裂隙发育，有时含1～2层煤线，局部直接顶为灰白色细砂岩，平均厚度1m;老顶为中砂岩，灰白色、胶结差、遇水泥化、平均厚度7m;直接底为砂质泥岩、灰色、裂隙发育、有时含1～3层煤线，平均厚度3m;老底为粉砂岩，灰白色，有时为中粒或细粒砂岩，泥质胶结，平均厚度31m。12313综采工作面采高为2.2～2.6m，顶板较完整。
2、常用的回撤技术
目前煤矿综采工作面推广使用的回撤工艺是“双/单掩护、垮落老塘保通道”的拆除方式。这种拆除工艺施工，使用单掩护架或者双掩护架位于煤壁侧逐步推进，其后方设置木垛(方木从底板搭设到顶板)进行支护，同时采空区侧辅以圆木点柱。鉴于工作面拆除之前回撤通道顶板只进行了常规的支护、未进行特殊支护，为保证拆架过程中顶板安全以及通道正常，必须在掩护架后方每拆除三架支设一个木垛，而且采空区侧每拆除一架必须支设4～5根木点柱进行防护，以防跟顶过快导致压架情况发生。目前常用的回撤工艺如图1所示。这种拆除工艺主要存在四个缺陷:
图1常用的回撤工艺
1)拆除效率低。由于每个小班木垛的支设都消耗着大量的人力与时间，所以此种工艺一个圆班平均拆除24架，拆架效率相对来讲较低。
2)劳动力需求多、劳动强度大。色连二矿3号煤回撤通道顶板平均高度2.4m，那么支设一个木垛就需要24根方木，这样一个小班至少需要额外增加4个人进行木料的搬运以及木垛的支设，而且由于工作环境等原因，劳动强度非常大。
3)安全风险大。由于木垛的大量支护，施工人员需要频繁的支设木垛。这就需要大量的人员不断地进行方木的搬运、叠放，其中涉及到人员之间配合搬运木料、木料叠放时人员之间的传递以及登高作业。如果配合不当、传递失误或者登高防护措施不到位，很可能导致碰手碰脚、高空坠落等安全事故发生，特别是频繁的进行此项作业更是大大增加了这种安全风险。
4)耗费木料多。12313工作面面长306m，按照此种工艺拆除，至少需要木垛66个(包括上下端头为保证封闭条件多设置的木垛)、点柱870根。
3、新型回撤技术
3.1准备工作
新型回撤工艺较传统工艺最大的区别就是工作面回撤前对工作面回撤通道顶板进行了特殊的支护，从而大幅度地加强了顶板的强度，为减少支架回撤过程中使用木料进行顶板支护创造了可靠的条件。
色连二矿12313工作面回撤通道顶板纵向采用5排W钢带配锚杆，2排12#槽钢配锚索，横向采用每3720mm一排12#槽钢配锚索进行支护。在此基础上，横向在每两架之间用3组锚索固定一根4m的11#矿工钢梁。
3.2施工工艺
鉴于工作面回撤之前对回撤通道顶板进行了特殊支护，支架回撤时，由原来的每拆除3架改变为每拆除10～15架掩护架后方支设一个木垛，而且老塘侧每拆除一架支设木点柱数量由原来的4～5根减少到3～4根。新型回撤工艺如图2所示。
图2新型回撤工艺支护示意图
新型回撤工艺过程中，需要注意:(1)不再使用单掩护架进行拆除，而是使用双掩护架进行拆除，这样一方面增大了安全作业空间，保证了安全施工，同时避免坑木支护拆除时，顶板垮落造成单掩护架移架困难;(2)进一步加强顶板管理，即采空区侧木点柱严格执行“见四回一”的原则，即拆除4架回撤一排点柱，这样切实保证顶板压力在采空区侧充分释放，从而减小甚至消除通道侧压力积聚，保证通道顶板安全正常通风;(3)如果顶板破碎或者下沉超前，采取在架边和架尾临时设置点柱或者木垛，确保掩护架能正常降架迈步前移;(4)安装备用局部通风机，如果通道垮落后及时向待拆支架处供风。
3.3木料使用情况
1)前50架木料使用情况:前50架顶板设置了走向工字钢配锚索加强了支护，施工时平均10～15架设置一个木垛，需要设置木垛6个，而实际总计设置木垛11个，其原因如下:一是维护抬棚口处顶板，掩护架就位的同时为施工封闭墙创造安全条件;二是为拆除悬移支架创造安全条件。因此，上隅角处多设置了5个木垛。
2)后126架木料使用情况:后126架顶板没有设置走向工字钢配锚索加强支护，但鉴于安全准备工作充足，施工时进一步试验少坑木拆除工艺，施工时平均5～10架设置一个木垛，需要设置木垛16个，而实际总计设置木垛24个，其原因如下:一是维护抬棚口处顶板，为施工封闭墙创造安全条件，所以下隅角处多设置5个木垛;二是100架—110架位置为破碎带，为保证顶板安全，多设置3个木垛。
3)拆除176架，总计设置木垛35个，使用点柱约609根。原工艺需要设置66个木垛，点柱需要设置约870根(除去收尾架，每架需要设置5根)。较传统工艺，本次节省木垛31个，节省点柱261根。
4)节省费用计算如下:(1)木垛所用方木:(2.4m÷0.2m)层×2根/层×31个×25根/m3×2300元/m3=68448元;(2)木点柱所用落叶松木:[(2.4m×π×0.1m2)/根]×261根×1300元/m3=255696元;(3)总计节省木料费用:324144元。
4、回撤效果对比
新型回撤工艺相对于传统工艺，主要达到了四个方面的优势:
1)提高了拆除效率，使用新型回撤工艺之后，一个圆班最多拆除液压支架32架，整个工作面176架支架仅用时7d全部拆除完毕。
2)有效地节省了劳动力、减小了劳动强度，新工艺木垛支护由3架一个减少到10～15架一个，不仅明显地减小了劳动强度，而且每小班还节省了劳动力4人次。
3)安全保障提高，使用新拆除工艺后，由于木垛支护数量大幅度减少，使与其相关的工作大量减少，从而有效地减少了安全风险，保证了施工安全。
4)经济效益显著，本次施工共计设置木垛35个、使用木点柱约609根。相对于传统工艺，本次施工节省木垛31个，节省点柱261根，总计约节省成本32万元。
5、结论
1)通过使用“双/单掩护、无坑木回撤”的新型工艺进行综采工作面的回撤，很好地解决了“双/单掩护、垮落老塘保通道”的回撤方式存在的耗费木料较多、费时费力、安全威胁大、回撤效率低等一系列问题。
2)鉴于新型回撤工艺在色连二矿12313工作面的成功实施，新工艺完全可以在顶板情况较为完整的综采工作面的回撤施工中推广使用。
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