综采工作面末采及出架方案优化11.7

综采工作面末采及出架方案优化生产技术部张勇2013年9月25日2024/1/21

一、背景

针对我矿综采工作面末采、出架方案在施工工艺、效率和安全方面与兄弟矿井之间的差距由生产张矿长牵头，多次深入王台、古矿进行调研，在此基础上，我矿XV4311工作面出架方案改革进行了论证和推理，并在现场得到了良好的应用。随后，在地面就9#煤综采工作面末采及出架工艺进行现场模拟、论证。现将相关材料总结、汇报如下。2024/1/21第一部分三矿末采、出架方式对比分析第二部分我矿15#煤XV4311工作面出架总结及建议第三部分我矿9#煤末采及出架方案（研讨）2024/1/21

第一部分三矿末采、出架方式对比分析2024/1/21一、三矿15#煤综采工作面地质条件及设备配套比较项目所采煤层煤厚（m）煤层倾角(°)支架型号采煤机型号工溜型号凤矿15#1.5-3.0/2.152~14/7ZZ8000-17/32MG250/600-AWDSGZ-764/400王矿15#2.2~2.8/2.51~8/4ZZ8000-17/32MG250/600－WD1SGZ-764/400古矿15#0.8~2.8/2.01~12/6ZZ8800/14/26MG250/600—WDSGZ-764/4002024/1/21二、三矿15#煤综采工作面末采及出架工艺比较

项目通风方式撤架通道支护三角区维护回风通道维护凤矿局部通风机通风高瓦斯区域试验全负压通风棚梁支护两个掩护架出架三角区为单体点柱支护方式，实行“七九排管理”局部通风机出架，不维护回风通道全负压出架时回风通道采用木垛支护王矿全负压通风顶部：棚梁支护帮部：锚杆支护两个掩护架出架三角区采取木点柱支护回风通道采用木点柱维护古矿全负压通风锚杆、锚索支护三个掩护架出架三角区采取1~2排单体柱维护锚杆、锚索支撑体系支护方式2024/1/21经对比得知，两矿均对末采、出架工艺进行了改进。但从效率上讲，王台矿末采工期大大缩短，而古矿由于增加了施工锚杆、锚索工序，导致末采工期有所延长。

结合设备、地质条件及劳动效率等情况，重点对王台矿末采工艺进行介绍。三、末采调研三矿综合条件与出架工艺比较

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王台矿末采的结束是指末采通道的形成，后期末采煤帮支护、圆弧角等设备回收和出架准备工程均移交给专业队组负责完成。整体施工执行刚性、定期考核。而我矿的末采结束是指设备回收前上述所有工程。

具体以末采技术要求、施工工序两个方面进行对比分析。

四、王台矿15#煤末采工艺介绍及与我矿比较

2024/1/21四、王台矿15#煤末采工艺介绍及与我矿比较1、末采技术要求介绍及对比：我矿王台矿末采通道规格毛高2.8～2.85m，净高2.5m；毛宽2.4m，净宽2.2m毛高2.7m，净高2.5m；毛宽2.5m，净宽2.4出架绞车硐规格4m×4m×2.6m（净）2m×3m×2.5m（净）机头、尾圆弧角规格及支护方式调向圆弧角为：工作面边长4.5米、巷道边长2米；出架圆弧角为：工作面边长1.5米、巷道边长1.5米；支护形式为：圆木抬棚支护出架圆弧角为：工作面边长5米、巷道边长5米;无调向圆弧角；支护形式为：锚索支护两巷巷道高度及支护要求两巷停采线以里9m、以外10m采取架棚形式进行支护顶板，为保证设备回收、出架所需高度，需进行起底0.3-0.4米。存在着起底制约着末采推进的问题末采后，两巷沿用原有巷道支护形式，故巷道高度满足后期设备回收、出架的要求。2024/1/21

2、施工工艺介绍及对比

王台矿在传统15#煤的末采工艺上，对片网固定方式、铺联网施工方法、撤架通道抽换板梁、封帮等4个环节进行改进，大大提高了末采工效。具体对比情况详见下表：四、王台矿15#煤末采工艺介绍及与我矿比较

我矿王台片网在支架上固定方式片网在Ф180×2800mm的板梁（木板）上，然后将板梁上到单（双）号架上片网上至支架顶梁上方，无需固定；顶板破碎，在支架顶梁与片网之间垫设柱帽或道木保证片网压紧铺顶网施工工序及要求两刀煤一趟网。片帮或控顶距增大时，需频繁打出护帮板或上料维护顶板，增大了频繁摘挂网和进入煤帮作业的频率，对工效和安全也造成一定影响采取生产班割3刀煤，集中联2趟网的方式进行，联网工作尽量集中在检修班进行。如果顶板完好，则不打护帮板。顶板联好后，用铁丝将网挂在支架护帮板上。拉架前解开进行拉架作业，实现了人员不进入煤帮作业钢丝绳联设的要求网边和网中间的钢丝绳均为每米10道网边的钢丝绳随着联网联接，每米10道。网中间的钢丝绳每米联5道2024/1/21四、王台矿15#煤末采工艺介绍及与我矿比较我矿王台定架后4刀煤（撤架通道形成）

采用传统的走通刀方式、依次替换板梁的施工方法。

距停采线2.4米定架；【第一刀煤后】，支架打出护帮板维护顶板。【第二刀煤后】，每架两根上Ф180×2400mm的板梁维护顶板。【第三刀煤后】，抽2.4米板梁维护顶板。【第四道煤后】，替2.4米为3.1米板梁进行维护顶板，并在梁头支柱。

四道煤过程中，顶板破碎时，棚梁下支柱、背顶。采用工作面分段一次成形的快速施工方法。距停采线2.5m定架→【第一刀煤】通刀从机头割煤至机尾，追机顶溜，打出护帮板维护顶板→完成端头斜切进刀作业→【第二刀煤】向机头割煤十至二十架→追机顶溜→【第三刀煤】机组向机尾割煤→根据现场支架顶梁端至煤壁的实际距离顶溜→【第四刀煤】机组向机头割煤至煤壁留有台阶处（约20个架）停机闭锁→距支架前梁1.2m处每4架打一根点柱支护顶板→进行上3m的永久板梁至后滚筒约3m处停止，打煤壁单体柱。封帮我矿末采最后一刀煤随替换板梁同步进行支柱封帮。按正常条件，每班封板30~40个架，整个封板至少需3～4个班。末采结束不进行背帮，所支梁头单体柱只起支护作用，而煤帮采用施工锚杆工艺进行支护。2024/1/21六、总结与建议：王台矿在末采工艺上进行了革新，对制约末采工序的几个关键环节进行了改进。客观上加快了末采进度，主观上，该矿树立以快致胜的原则，用快来保证安全。比如：在支架定位后最后四刀煤的撤架通道成形工艺上，原先的传统作法是依次替换板梁（共需降架—→上板梁—→升架工序重复3次以上），而改进为分段一次成形后，减少少了上述环节，只需执行1次降架—→上板梁—→升架的工序，减少了对顶板的重复扰动，事实证明改进后对顶板的管理是有效的。其次，由于加快了末采施工进度，直接影响是矿压显现不明显，即在矿山压力作用之前即采取了有效措施控制了顶、帮，避免了之前由于进度慢，矿山压力作用过来后一直被动处理的不利局面。2024/1/21六、总结与建议：1、改进铺联网施工工艺。(1)上第一趟片网取消使用木板或者板梁固定，支架固定在支架顶梁上方，若因顶板不平整压不紧片网时，可在支架顶梁与片网之间垫柱帽或道木。(2)铺联网时人员站在支架档煤板前作业，尽量实现三刀煤联两趟网的工艺；同时为避免频繁伸缩护帮板过程中扯坏顶网，在顶板完好的条件下进入末采后尽量不用护帮板。（3）减少联网道数，网头搭接处连1米8~10道，网中间只起固定钢丝绳的1米3~5道。2、

在下一个工作面试验撤架通道分段一次成型工艺。3、优化劳动组织。2024/1/21第二部分我矿15#煤XV4311工作面出架总结及建议2024/1/21

XV4311出架面共布置ZZ8000－17/32型液压支架119架、ZT8000-16/30型端头支架2架支护顶板。出架通道内90#至机头，顶底坡度变化较为平缓；90#至113#架范围内，顶底板为变坡段，顶板向煤帮严重倾斜、底板往机尾呈5-6度的斜坡。出架通道内，在末采期间3#、118#架处及两巷超前支护区，均施工12#长2.4米槽钢配合Φ15.24-1-6300mm的锚索进行补强支护顶板，以便调、撤掩护架时顶板得到有效支护。其它同以往15#出架面相同。XV4311出架面具体情况如下图所示：一、XV4311出架面基本情况介绍2024/1/21一、XV4311出架面基本情况介绍图2-1XV4311工作面末采通道支护示意图2024/1/21二、XV4311出架工艺的革新及实施

1、原有15#煤出架工艺

XV4311原出架方案中采取局部通风机通风。在实施初期，工作面中部瓦斯居高不下，无法满足出架面通风瓦斯管理要求，需对出架通风方式进行调整，为全负压出架通风方式。而我矿的以往的全负压出架方式，存在施工尾巷木垛劳动强度大、效率低、安全出口得不到保障，后期木垛维护困难等弊端；同时两个掩护架并列布置方式和三角区“七九排”支柱管理，存在着三角区支柱数量过多、支护强度低、劳动强度大等不合理现象。结合外出调研结果及现场实际情况，对XV4311工作面出架方案进行优化如下。2024/1/21二、XV4311出架工艺的革新及实施图2-2以往15#煤全负压出架方式示意图2024/1/21二、XV4311出架工艺的革新及实施

2、全负压出架方案的总体思路:

a、在工作面出架通道内施工一排Φ15.24-1-6300mm的单体锚索，锚索间距3米，距封帮柱头1.6米；施工过程中，出架前保证施工20根锚索，以后随出架进度，每天检修班施工5--6根锚索，满足出架进度要求。

b、采用两个掩护架出架。

1#

掩护超前2#掩护架1.5米；将2#掩护向老塘侧调1.5米，两个掩护架保持1.5m的距离，作为进出架后打木垛及施工放顶眼的安全通道。架间距掩护架侧护帮0.3米各支设一排单体点柱进行支护；2#掩护架靠老塘侧三角区处由后立柱开始向外支设双排单体点柱进行支护，双排点柱实行“五七排”管理，并在后柱跟及老塘侧支设戗柱。2024/1/21二、XV4311出架工艺的革新及实施

2、全负压出架方案的总体思路:c、前60架出架后在1#掩护架后施工单体木垛维护回风通道，木垛间距3米，距帮0.8米；后60架出架后试验不再施工木垛。现场提前热备两台2×30kW风机，根据现场情况，如顶板垮落，不能通满足全负压风要求，则立即封闭回风巷，并开启局部通风机，确保通风可靠，瓦斯不超限。d、老塘悬顶面积过大采取人工爆破方式进行顶板管理。

2024/1/21二、XV4311出架工艺的革新及实施图2-3XV4311全负压出架期间前60架支护示意图2024/1/21二、XV4311出架工艺的革新及实施图2-4XV4311全负压出架期间后60架支护示意图2024/1/21二、XV4311出架工艺的革新及实施

3、施工顺序：

正常情况1#掩护架始终超前2#掩护架1.2~1.5米。

a、前60个架（架后施工木垛）施工工艺：抽走待回收支架→打出2#掩护架护帮板，在护帮板和前梁上方交替上2.4m和3.2m的板梁，板梁下支柱→先拉1#掩护架，使1#掩护架超前2#掩护架2～3m→在1#掩护架尾梁后打木垛→回取通道板梁梁头的支柱及封帮材料→回撤2#掩护架老空侧需回收的点柱、戗柱，回撤1#、2#掩护架间需回收的点柱、戗柱→然后再拉2#掩护架，使2#架前立柱与1#架后立柱相齐。所有支柱全部采取先支后回的原则。

2024/1/21二、XV4311出架工艺的革新及实施

3、施工顺序：

b、后60个架（架后停止施工木垛）施工工艺：抽走待回收支架→打出2#掩护架护帮板，在2#掩护架靠老空侧上1.5m的走向板梁，梁下支设点柱，待老空侧柱支设完成后→回取2#掩护架两侧的支柱和戗柱→拉2#掩护架→拉过2#掩护架后及时在距2#掩护架煤帮侧架设1.5～3.2m的倾向板梁棚→然后拉1#掩护架→回取封帮支柱与封帮木料（与后立柱齐）。所有支柱全部采取先支后回的原则。2024/1/21二、XV4311出架工艺的革新及实施4、XV4311全负压出架方的施工劳动组织：

此次出架采取四六制作业，其中三班出架（夜班、早班、午班），一班看面（18点班）。生产班作业时（早班、夜班）分三组作业，第一组人员负责支架调向、支护放顶、施工木垛；第二组人员负责工作面支架装车；第三组人员负责辅助运输作业。出架每组人员为6-7人。打木垛时间，进行集中倒料、集中施工作业。检修班作业时同生产班模式相同，只增加绞车、设备检修维护人员；看面人员3人，负责工作面巡查等工作。在前期出架施工锚索期间，从各班组另外抽调3人同看面人员配合，两台锚索钻机施工，每班每台钻机施工3根锚索，最高记录为2台钻机施工锚索7根。2024/1/21三、XV4311全负压出架方案应用效果分析

1、效果分析：在XV4311全负压出架方案应用过程中，出架期间瓦斯浓度基本控制在0.15-0.3%之间，出架风机始终处于热备状态。在XV4311出架面巷道临时封闭前，由出架前期1100m3/min过风量变化为封闭前900m3/min过风量，变化不大远远能满足施工作业的用风要求。这充分说明该方案在XV4311工作面取得了成功的应用。同时相比传统全负压出架模式可节约材料成本35.8万元，提高出架工效达2天以上，相比尾巷不施工木垛提高工效50%，有着较好的推广应用价值。2024/1/21名称数量（根）体积（m3）单价（元/m3）总价(元)1.5m板梁460232200506002.4m板梁240182200396002.6m板梁14013.022200286443.2m板梁18025.2220055440钉道道木24012220026400复用道木30015220033000木楔柱帽2车1.5220033001.2m背板5车4.522009900总计1560112.222200246884三、XV4311全负压出架方案应用效果分析2024/1/212、60#架后不打木垛，节省的30个木垛（每个木垛30根1.5m的板梁）成本为：

另：30个木垛用料所节省的运输工成本为：

900（根）÷25（根/车）＝36（车）

需要的总工数为：

10工（地面装车）＋40工（运输）＝50工

故节省的总运输成本为：50（工）×200（元/工）＝1000（元）3、出架期间(13天)没有开启风机（2×30局部通风机），节省电费为:

每天节省电量为:2×30×24＝1440（度/日)

13天共节省电量为：1440×13＝18720（度）

出架期间总的节电经济指标为：18720×0.85＝15912（元）4、综上所述，此次出架新工艺创造的直接经济效益P为：

P＝246884＋99000＋1000＋15912＝362796（元）三、XV4311全负压出架方案应用效果分析名称数量（根）体积（m3）单价（元/m3）总价(元)1.5m板梁900452200990002024/1/21三、XV4311全负压出架方案应用效果分析2、XV4311出架方案好的做法如下：a、两个掩护架分开布设从巷道支护上讲，支护形式更加科学合理，有效的分散了出架处顶板压力，提高了三角区支护强度，最大限度的减少了三角区支柱数量，降低了劳动强度、提高了工效和施工作业的安全性。同时也为1#掩护后施工木垛提供足够的安全通道。b、根据锚索支护的悬臂原理和高强度特点，作为出架通风尾巷顶板的主要支护方式，结合木垛具有支护和挡矸两种作用，根据出架面的长度，合理确定划分锚索、木垛支护方式和单体锚索支护方式，并在出架过程中应用浅眼爆破处理顶板，最大限度的降低锚索支护面积，从而有效的保证了尾巷过风要求。同时锚索支护也为1#掩护架后人员施工作业提供了安全作业空间。2024/1/21三、XV4311全负压出架方案应用效果分析c、三角区由原来的七九排（五行九排）管理转变为现在的五七排（两行七排）管理，极大减少了支柱数量，减轻了工人的劳动量。尤其是在原来的条件下，支柱容易钻底，再加上回柱空间小，回柱困难，而现在的五七排管理单体柱不易钻底且回柱空间大，无形中提高了工作效率。

d、采取全负压通风方式，最大限度地避免了瓦斯事故。如果采用开风机进行局部供风，由于初期供风距离长，在瓦斯绝对涌出量较大的条件下，会引起工作面瓦斯积聚而使瓦斯超限，传统的局部通风机供风出架方式已经很难解决瓦斯问题；而且每次缩风筒时，操作困难，会进一步加大劳动强度。2024/1/21三、XV4311全负压出架方案应用效果分析

3、今后全负压出架的改进方向：

a、由于XV4311出架初期，机尾三角区处木垛、锚索施工密度不够，且未主动处理顶板，老塘初次来压后，将尾巷通道内2个木垛推垮，是方案的重点改进内容之一。在今后全负压出架过程中，根据出架面顶板初次来压步距大小，加大来压区域内尾巷木垛、锚索的施工密度，并及时进行浅孔处理顶板，降低老塘顶板初次来压时对尾巷木垛的破坏。

b、今后全负压出架作业时，可优化尾巷锚索支护方式、提高尾巷顶板支护、通道维护的可靠性，尽量减少尾巷木垛施工方式，必要时，可采取其它方式代替木垛。2024/1/21第三部分我矿9#煤末采及全负压出架方案2024/1/21

1、煤层地质情况：我矿9#煤煤层平均厚度为1.5~1.6米，为中厚煤层，煤层倾角为0~10°，为缓倾斜煤层。直接顶为砂质泥岩，厚度1.84~4.16米，平均3米；底部为K4石灰岩，厚度0.15~0.85米，平均0.25米。直接底为泥岩，厚度0.75~3米，平均2.58米。

2、工作面主要设备参数：9#煤综采工作面普通支架型号为：ZZa4000-12/23型、ZZ4000-10/21型两种支架，端头架型号为：ZZT4000-14/25；采煤机型号为：MG250/600-AMD；刮板输送机型号为：SGB-730/400；一、我矿9#煤综采工作面基本情况介绍：2024/1/21二、9#煤末采通道及支护方式的确定：

根据井上支架模拟情况，末采通道的规格确定为支架顶梁距煤帮毛宽2.4米、净宽2.2米（定架后3刀煤成形），净高1.9米，同时为保证掩护架范围内底板平整度，在距停采线7.7米处即要求工作面达到上述高度要求，且不得有起伏。撤架通道顶板采用抬棚梁支护。根据后期出架要求，选取长度为3.2米的板梁，梁头支设单体点柱。帮部采用锚网梁组合支护封帮。施工选用Φ16-M18-1600mm金属树脂锚杆支护。锚固方式为端部锚固，采用1支K3538锚固剂，托盘为配套高强度拱形托盘，预紧力矩100N·m，锚固力45kN。锚杆排距1.5米，上部锚杆距顶板0.4米，下部锚杆距上部锚杆0.8米。（见图3-1,3-2）2024/1/21为维护出架回风通道及保证施工木垛的安全，需在末采通道内每隔3米施工一组槽钢锚索。锚索采用Φ17.8-1-6300mm，锚固方式为端部锚固，采用2支锚固剂，规格为K2335、Z2360。钻孔直径28mm，锚索外露150~250mm。锚索预紧力达到100kN。槽钢采用12#工字钢加工而成，槽钢长1.8m，眼孔间距1.2m。眼孔位置加焊16mm厚钢板。槽钢锚索在相邻支架架间施工，锚索间距1.2m，煤帮侧锚索距帮0.9m，老塘侧锚索距支架梁端0.3m。（见图3-1）二、9#煤末采通道的确定：2024/1/21二、9#煤末采通道的确定：图3-19#煤全负压出架期末采通道顶部支护示意图2024/1/21二、9#煤末采通道的确定：图3-2

9#煤全负压出架期末采通道帮部支护示意图

2024/1/21

三、9#煤全负压出架方案：

1、支架布置方式：1#掩护架超前2#掩护架1.5m，1#掩护架距贴帮柱0.7m，2#掩护架距1#掩护架1.2m~1.5m。两个掩护架架间采用单排点柱支护，柱子支在原通道内3.2m板梁头。2#掩护架靠老塘侧从后立柱向外支设双排单体柱支护顶板，单体柱支在长1.8m（94304出架过程中视顶板完整情况，每隔1.5m上一根3.6m长梁，并在两头支柱，保证一梁三柱）走向棚梁（要求棚梁压在2#掩护架上0.3m）下，排拒0.75m，第一行单体柱支在距2#掩护架侧护板0.5m处，第二行距第一行0.7m。双排点柱实行“五七排”管理，并在后柱跟及老塘侧支设戗柱。（见图3-3）2024/1/21

2、施工顺序：调掩护架前在巷道交叉点处施工2个1.5m联锁木垛。抽走待回收支架→2#掩护架降架→平行普通架上2根1.8m走向板梁→板梁下两排两行支柱