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[摘要]中厚煤层综采放顶煤回采工作面通常采用巷道摸底托顶煤掘进，以便于摸底回采。在大采深、断裂构造发育的复杂条件下，摸底掘进存在着巷道压力大、顶煤垮落、支架变形等严重问题，本文对巷道摸顶掘进摸底回采的巷道支护、巷道与工作面的衔接过渡及煤炭回收等方面进行了论述。对相同类型的矿井有一定的借鉴意义。
[关键词]摸顶掘进 摸底回采 配套技术
中图分类号:TD823.9 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)07-0079-01
1．问题的提出
冀中能源峰峰集团大淑村矿2#煤平均厚度为5.4米，采深在600米到800米之间，直接顶为粉砂岩，厚3.28米；老顶为细砂岩，厚3.33米。直接底为粉砂岩，厚8.69米；老底为细砂岩，厚6.53米，灰色以石英为主。采用综采放顶煤工艺，摸底回采。巷道摸底掘进，采用U36型钢架棚支护，用搪材和塑料网裱褙顶帮。该掘进方式在高应力地质条件下，施工困难，劳动强度大，巷道变形严重，往往在工作面未形成系统前，后路U钢支架就已经严重变形，影响运输及人员安全；巷道掘进在过煤柱、构造应力区时，顶煤易垮落，造成帮空顶空，U钢支架受力不均，极易变形折断，其支护效果更差，以172203工作面为例，掘进巷道在不到1个月的时间内，巷道断面已达不到原设计的三分之二，在掘进和回采过程中需要多次整修，对生产和地区的衔接造成了很大影响，针对这种情况，我矿在172204工作面，开展了2#煤层掘进摸顶板锚网带支护，回采时采用摸底板回采的配套技术研究应用，有效解决了这一难题。
2.摸顶掘进巷道支护设计
巷道断面设计为：净宽4.2m，净高3.5m，断面形状为矩形（见附图1）。巷道摸2#煤直接顶掘进，巷道顶板采用锚网带索支护，顶铺设5.0m×1.0m塑料网，使用4200×250×2.8mm钢带，带距为1.0m,第一带布置3根锚杆3根锚索，第二带布置4根锚杆2根锚索，依次交替布置，锚杆为长2.0米，Φ22mm的无纵筋高强螺纹钢,角锚杆及锚索与巷道顶板中垂线成30?夹角布置，其他锚杆及锚索垂直顶板布置，每支锚杆注3支Z2835型树脂药卷，锚杆抗拔力不低于120KN。锚索为长度5米，Φ17.8mm的钢绞线，每根锚索注5支Z2345型树脂药卷，预紧力130KN。过断层及顶板围岩不完整时，顶板支护带距缩至0.8m，且采用双抗塑料网和金属网双层护顶。
3.工作面上、下端头支护及三角煤回收
运料巷与溜子道掘进时采用摸顶丢底煤掘进，工作面回采期间，两巷超前工作面不小于20m进行卧底，巷道高度保证不小于4.0m，以减小摸底回采期间端头丢底煤厚度。
3.1 上端头支护
煤壁往外20m范围，采用沿走向布置四路1m双楔顶梁配单体液压支护进行超前支护。双楔梁间宽度1.0m。双楔梁支护采用齐梁直线柱正悬臂布置，一梁一柱支护，巷道高度不小于4.0m。端头支架往前20m-30m范围，在巷中加打单排高度4.0m的单体液压支柱，柱距1.0m。
3.2 下端头支护
与上端头支护相同，采用沿走向布置四路1m双楔顶梁进行超前支护。上帮一路双楔梁大头朝向老空侧，下帮三路双楔梁小头朝向老空侧，一梁一柱支护。工作面下头切顶排分别在四路双楔梁间加打密集支柱，密集支柱间距不大于0.3m。
3.3 三角煤回收
工作面上、下两巷掘进期间采用摸顶掘进，留有底煤，造成回采期间上下两巷与工作面上、下头出现台阶。上端头割煤前必须根据煤壁拐角片落情况，超前2m起板梁棚子背顶网支护；拉架前在上端头铺联好塑料网与运料巷下帮塑料网搭结严实；拉架时提前在架顶与超前板梁棚子间培板梁摆架，确保升架后架顶接顶严实；下端头除按上述要求支护外，必须对转载机进行卧底，煤层厚度较大时，为保证工作面两端头与两巷正常过度，采取机头（尾）逐步采用留底煤回采方式推采，留底煤厚度根据煤厚情况而定，一般在1m左右，长度控制在9m以内，确保工作面溜子整体平顺，工作面推采期间的上、下头顶板必须提前工作面2m～3m进行维护，拉好超前架。
4.摸顶掘进与摸底掘进支护效果分析
该支护形式通过现场的有效实施，及有效的矿压观测手段，该支护形式明显优越U钢支护。
摸底板掘进托顶煤使用U钢支护，该支护形式属于被动支护形式，由于在施工过程中，无法根本解决顶帮流煤造成的空顶、空帮现象，而采取的摆架、物体填充等其它措施，其效果也达不到设计要求，在高地应力作用下，支架变形严重，需重新对支架进行整修，在整修过程中，顶帮流煤更加无法控制，而地应力又再一次的重新分布，巷道始终处在一个应力显现区域，支护效果差，造成重复性施工，严重影响人员安全，给工作面回采及地区衔接造成极大影响。
摸顶板掘进采用锚网带支护，该支护形式属于主动支护形式，通过对2#煤层直接顶及老顶岩层分析，该煤层老顶属于细砂岩，质地坚硬，按照悬吊理论，锚索锚固于该层老顶中，支护强度符合设计要求，在高应力集中区域，通过岩层成相仪观察，巷道顶板4-10m范围岩层无离层，通过顶板离层仪观察，巷道顶板最大下沉量不超过30mm，巷道变形小于设计断面的三分之二，满足支护强度及设计要求。
掘进速度方面，172203工作面采用摸底U钢支护，平均日进度为8m， 172204工作面采用摸顶锚网带支护，平均日进度为10m，172203工作面全巷道反复整修2次，而172204工作面只进行了卧底，有效避免重复性施工，满足快速掘进要求，有力保证工作面回采及地区衔接。
5.经济效益分析
以172207工作面为例进行分析，工作面走向长度900mm，平均倾斜长度130m，煤层平均厚度为5.4m。
5.1 摸底掘进煤炭损失分析
摸底U钢掘进，巷道断面积为11.1㎡，由于回采过程中巷道上部顶煤无法回收，巷道煤炭回收量为4.16万吨。
5.2 摸顶掘进煤炭损失分析
由于上下两巷采用摸顶掘进，巷道高度3.5m，回采过程中上下两巷超前工作面20m进行随采随卧，保证巷道高度4.0m，工作面与上下端头仍有1.4m的台阶，但由于矿压作用，巷道底鼓同时牵引工作面煤层底板，通过回采过程中实际观测，巷道卧底后高度4m，巷道底板已卧至煤层直接底，工作面与上、下两巷台阶高度平均为1.0m，上下两头9m范围内需留底煤，通过实测，工作面平均留底煤厚度为0.4m。而巷道全断面煤炭回收率达到90﹪，巷道煤炭回收量为7.66万吨。每推进1.0m工作面三角煤損失量=9×0.4×1.55×1=5.58，172204工作面走向长度900m，共损失煤量5022吨。
5.3 两种采掘方式煤炭损失对比
通过上述分析可以看出，摸顶掘进摸底回采可多回收煤炭：7.66万吨-4.16万吨-0.5万吨=3万吨。
5.4 两种采掘方式的经济分析对比
摸顶锚网带支护费用为369.7万元，摸底U钢支护费用为606.7万元。采用锚网带支护费用比U钢支护减少材料费：606.7万元—369.7万元=237万元，降低二次整修成本254万元。摸顶锚网带掘进比摸底U钢支护，多回收煤炭3万吨，按吨煤400元计算，创效3×400 =1200万元。通过对比，摸顶掘进摸底回采比摸底掘进摸底回采增加经济效益：237万元+254万元+1200万元=1691万元。
6.结语
该配套技术由传统的摸底U钢支护，改为摸顶锚网带支护，具有成本低，工人劳动强度低，支护效果好等优点；工作面回采过程中，通过巷道培顶、卧底加大巷道支护高度等技术，基本上实现摸底回采，提高了煤炭回收率，但工作面回采时，上、下两巷加大支护高度，增加了工人操作难度，下一步考虑用特制的超前支护液压支架来解决这一问题。该配套技术对中厚煤层开采矿井巷道掘进与回采具有借鉴意义。
[关键词]摸顶掘进 摸底回采 配套技术
中图分类号:TD823.9 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)07-0079-01
1．问题的提出
冀中能源峰峰集团大淑村矿2#煤平均厚度为5.4米，采深在600米到800米之间，直接顶为粉砂岩，厚3.28米；老顶为细砂岩，厚3.33米。直接底为粉砂岩，厚8.69米；老底为细砂岩，厚6.53米，灰色以石英为主。采用综采放顶煤工艺，摸底回采。巷道摸底掘进，采用U36型钢架棚支护，用搪材和塑料网裱褙顶帮。该掘进方式在高应力地质条件下，施工困难，劳动强度大，巷道变形严重，往往在工作面未形成系统前，后路U钢支架就已经严重变形，影响运输及人员安全；巷道掘进在过煤柱、构造应力区时，顶煤易垮落，造成帮空顶空，U钢支架受力不均，极易变形折断，其支护效果更差，以172203工作面为例，掘进巷道在不到1个月的时间内，巷道断面已达不到原设计的三分之二，在掘进和回采过程中需要多次整修，对生产和地区的衔接造成了很大影响，针对这种情况，我矿在172204工作面，开展了2#煤层掘进摸顶板锚网带支护，回采时采用摸底板回采的配套技术研究应用，有效解决了这一难题。
2.摸顶掘进巷道支护设计
巷道断面设计为：净宽4.2m，净高3.5m，断面形状为矩形（见附图1）。巷道摸2#煤直接顶掘进，巷道顶板采用锚网带索支护，顶铺设5.0m×1.0m塑料网，使用4200×250×2.8mm钢带，带距为1.0m,第一带布置3根锚杆3根锚索，第二带布置4根锚杆2根锚索，依次交替布置，锚杆为长2.0米，Φ22mm的无纵筋高强螺纹钢,角锚杆及锚索与巷道顶板中垂线成30?夹角布置，其他锚杆及锚索垂直顶板布置，每支锚杆注3支Z2835型树脂药卷，锚杆抗拔力不低于120KN。锚索为长度5米，Φ17.8mm的钢绞线，每根锚索注5支Z2345型树脂药卷，预紧力130KN。过断层及顶板围岩不完整时，顶板支护带距缩至0.8m，且采用双抗塑料网和金属网双层护顶。
3.工作面上、下端头支护及三角煤回收
运料巷与溜子道掘进时采用摸顶丢底煤掘进，工作面回采期间，两巷超前工作面不小于20m进行卧底，巷道高度保证不小于4.0m，以减小摸底回采期间端头丢底煤厚度。
3.1 上端头支护
煤壁往外20m范围，采用沿走向布置四路1m双楔顶梁配单体液压支护进行超前支护。双楔梁间宽度1.0m。双楔梁支护采用齐梁直线柱正悬臂布置，一梁一柱支护，巷道高度不小于4.0m。端头支架往前20m-30m范围，在巷中加打单排高度4.0m的单体液压支柱，柱距1.0m。
3.2 下端头支护
与上端头支护相同，采用沿走向布置四路1m双楔顶梁进行超前支护。上帮一路双楔梁大头朝向老空侧，下帮三路双楔梁小头朝向老空侧，一梁一柱支护。工作面下头切顶排分别在四路双楔梁间加打密集支柱，密集支柱间距不大于0.3m。
3.3 三角煤回收
工作面上、下两巷掘进期间采用摸顶掘进，留有底煤，造成回采期间上下两巷与工作面上、下头出现台阶。上端头割煤前必须根据煤壁拐角片落情况，超前2m起板梁棚子背顶网支护；拉架前在上端头铺联好塑料网与运料巷下帮塑料网搭结严实；拉架时提前在架顶与超前板梁棚子间培板梁摆架，确保升架后架顶接顶严实；下端头除按上述要求支护外，必须对转载机进行卧底，煤层厚度较大时，为保证工作面两端头与两巷正常过度，采取机头（尾）逐步采用留底煤回采方式推采，留底煤厚度根据煤厚情况而定，一般在1m左右，长度控制在9m以内，确保工作面溜子整体平顺，工作面推采期间的上、下头顶板必须提前工作面2m～3m进行维护，拉好超前架。
4.摸顶掘进与摸底掘进支护效果分析
该支护形式通过现场的有效实施，及有效的矿压观测手段，该支护形式明显优越U钢支护。
摸底板掘进托顶煤使用U钢支护，该支护形式属于被动支护形式，由于在施工过程中，无法根本解决顶帮流煤造成的空顶、空帮现象，而采取的摆架、物体填充等其它措施，其效果也达不到设计要求，在高地应力作用下，支架变形严重，需重新对支架进行整修，在整修过程中，顶帮流煤更加无法控制，而地应力又再一次的重新分布，巷道始终处在一个应力显现区域，支护效果差，造成重复性施工，严重影响人员安全，给工作面回采及地区衔接造成极大影响。
摸顶板掘进采用锚网带支护，该支护形式属于主动支护形式，通过对2#煤层直接顶及老顶岩层分析，该煤层老顶属于细砂岩，质地坚硬，按照悬吊理论，锚索锚固于该层老顶中，支护强度符合设计要求，在高应力集中区域，通过岩层成相仪观察，巷道顶板4-10m范围岩层无离层，通过顶板离层仪观察，巷道顶板最大下沉量不超过30mm，巷道变形小于设计断面的三分之二，满足支护强度及设计要求。
掘进速度方面，172203工作面采用摸底U钢支护，平均日进度为8m， 172204工作面采用摸顶锚网带支护，平均日进度为10m，172203工作面全巷道反复整修2次，而172204工作面只进行了卧底，有效避免重复性施工，满足快速掘进要求，有力保证工作面回采及地区衔接。
5.经济效益分析
以172207工作面为例进行分析，工作面走向长度900mm，平均倾斜长度130m，煤层平均厚度为5.4m。
5.1 摸底掘进煤炭损失分析
摸底U钢掘进，巷道断面积为11.1㎡，由于回采过程中巷道上部顶煤无法回收，巷道煤炭回收量为4.16万吨。
5.2 摸顶掘进煤炭损失分析
由于上下两巷采用摸顶掘进，巷道高度3.5m，回采过程中上下两巷超前工作面20m进行随采随卧，保证巷道高度4.0m，工作面与上下端头仍有1.4m的台阶，但由于矿压作用，巷道底鼓同时牵引工作面煤层底板，通过回采过程中实际观测，巷道卧底后高度4m，巷道底板已卧至煤层直接底，工作面与上、下两巷台阶高度平均为1.0m，上下两头9m范围内需留底煤，通过实测，工作面平均留底煤厚度为0.4m。而巷道全断面煤炭回收率达到90﹪，巷道煤炭回收量为7.66万吨。每推进1.0m工作面三角煤損失量=9×0.4×1.55×1=5.58，172204工作面走向长度900m，共损失煤量5022吨。
5.3 两种采掘方式煤炭损失对比
通过上述分析可以看出，摸顶掘进摸底回采可多回收煤炭：7.66万吨-4.16万吨-0.5万吨=3万吨。
5.4 两种采掘方式的经济分析对比
摸顶锚网带支护费用为369.7万元，摸底U钢支护费用为606.7万元。采用锚网带支护费用比U钢支护减少材料费：606.7万元—369.7万元=237万元，降低二次整修成本254万元。摸顶锚网带掘进比摸底U钢支护，多回收煤炭3万吨，按吨煤400元计算，创效3×400 =1200万元。通过对比，摸顶掘进摸底回采比摸底掘进摸底回采增加经济效益：237万元+254万元+1200万元=1691万元。
6.结语
该配套技术由传统的摸底U钢支护，改为摸顶锚网带支护，具有成本低，工人劳动强度低，支护效果好等优点；工作面回采过程中，通过巷道培顶、卧底加大巷道支护高度等技术，基本上实现摸底回采，提高了煤炭回收率，但工作面回采时，上、下两巷加大支护高度，增加了工人操作难度，下一步考虑用特制的超前支护液压支架来解决这一问题。该配套技术对中厚煤层开采矿井巷道掘进与回采具有借鉴意义。