寺河礦大采高綜采開采技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新

薛軍正

（晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦，山西晉城 048205）

寺河礦大采高綜采開采技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新

薛軍正

（晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦，山西晉城 048205）

闡述了寺河礦投產(chǎn)以來大采高綜采面液壓支架升級變革的3個階段，以此為主線對大采高綜采面的各個系統(tǒng)環(huán)節(jié)不斷優(yōu)化創(chuàng)新做了詳細(xì)說明，在高瓦斯煤層條件下，形成寺河礦特有的跨越式發(fā)展道路。

大采高;開采技術(shù);優(yōu)化創(chuàng)新

晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦是國家計(jì)委批準(zhǔn)的“九五”時期國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，1996年12月開工建設(shè)，2002年11月8日投產(chǎn)，投產(chǎn)當(dāng)年產(chǎn)量2Mt，第2年5.01Mt，第3年8.01Mt，從2005年開始產(chǎn)量一躍到 10.8Mt，目前礦井核定生產(chǎn)能力為10.8Mt/a。主采煤層為3號煤，平均厚度6.31m，屬高瓦斯礦井，煤塵無爆炸性、煤層不易自燃。

建礦以來礦井準(zhǔn)確定位，采用三井一礦集約化生產(chǎn)模式，并結(jié)合礦井現(xiàn)狀選用當(dāng)時國際領(lǐng)先的采掘裝備，為寺河礦高瓦斯條件下實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了礦井總體產(chǎn)量規(guī)劃目標(biāo)。縱觀寺河礦投產(chǎn)以來的跨越式發(fā)展道路，是采掘裝備、生產(chǎn)工藝、安全技術(shù)管理水平不斷改革創(chuàng)新的過程，特別是圍繞大采高綜采工作面的一系列新思路、新舉措，使礦井采煤技術(shù)始終走在前列，成為礦井發(fā)展的核心競爭力。

1 大采高綜采工作面開采裝備技術(shù)升級創(chuàng)新

寺河礦大采高綜采工作面主要以液壓支架設(shè)備技術(shù)升級變革為主線展開系列技術(shù)攻關(guān)。液壓支架通過引進(jìn)、消化、吸收、研制、升級創(chuàng)新、推廣，從采高5.5m進(jìn)口支架到增加兩級護(hù)幫的國產(chǎn)5.5m支架，再到增加抽屜伸縮梁采高6.2m國產(chǎn)支架;支架工作阻力也由采高5.5m時的8640kN增加到采高 6.2m 的 9400kN，再到目前的12000kN。液壓支架的不斷升級創(chuàng)新，始終走在國內(nèi)開采技術(shù)的最前沿。

1.1 引進(jìn)、消化、吸收

2002年7月寺河礦2301首采工作面試采開始，該面為集團(tuán)公司首次采用國際最先進(jìn)的裝備（使用130架德國DBT公司5.5m兩柱掩護(hù)式支架、DBT三機(jī)，德國艾柯夫SL－500滾筒直徑2.75m采煤機(jī)及配套設(shè)備，總裝機(jī)功率3745kW;采用澳大利亞ACE帶寬1.4m膠帶），工作面長度225m，推進(jìn)長度1660m，為滿足上隅角瓦斯通風(fēng)需要，采用三進(jìn)兩回5巷布置方式。從2301工作面整個生產(chǎn)過程來看，進(jìn)口大采高設(shè)備的優(yōu)勢明顯。首采工作面共生產(chǎn)原煤2.2962Mt，平均日產(chǎn)達(dá)到13kt，最高日產(chǎn)為25kt，最高月產(chǎn)501kt，各項(xiàng)指標(biāo)均居全國領(lǐng)先水平。但首采面遇到軟煤帶時，由于支架為一級護(hù)幫，護(hù)幫面積小，造成工作面片幫無法控制，易引發(fā)大面積冒頂事故。工作面平均采高只有5.0m左右，工作面采出率不足80%，采空區(qū)后部丟煤1.0m多厚，采空區(qū)瓦斯治理受到影響。

通過實(shí)踐，進(jìn)口支架存在缺陷，不適應(yīng)礦井的地質(zhì)條件變化，為此，在消化吸收5.5m進(jìn)口支架的基礎(chǔ)上，針對使用存在的問題進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)。

1.2 創(chuàng)新、研制、推廣

（1）5.5m國產(chǎn)支架研制 2005年3月集團(tuán)公司與鄭州煤機(jī)公司合作研制開發(fā)國產(chǎn)5.5m大采高液壓支架，實(shí)現(xiàn)了大采高設(shè)備的國產(chǎn)化。首次在2303面進(jìn)行回采，配備了130架5.5m國產(chǎn)支架，最大工作阻力8640kN，以及張家口煤機(jī)廠三機(jī)（SGZ1000/1400刮板輸送機(jī)，SZZ1200/315刮板轉(zhuǎn)載機(jī)及 PCM250破碎機(jī)），選用上海煤科院MG400/920－GWD采煤機(jī)，膠帶為集團(tuán)煤機(jī)公司自行生產(chǎn)。5.5m國產(chǎn)支架增加了二級護(hù)幫，護(hù)幫效果增強(qiáng)，能有效控制工作面片幫，加強(qiáng)了支架維護(hù)頂板的能力。2303工作面回采過程中，在過軟煤帶和小煤窯空巷雙重條件下，片幫冒頂次數(shù)大幅降低，解決了困擾多年的大采高片幫冒頂問題;采高也提高到5.5m，采出率達(dá)到85%左右，后部采空區(qū)丟煤減少，支架對地質(zhì)條件的適應(yīng)性提高;同時國產(chǎn)5.5m支架較進(jìn)口支架購置費(fèi)用也大大降低。

國產(chǎn)5.5m支架應(yīng)用效果比進(jìn)口5.5m支架優(yōu)越，但是，工作面采出率只有85%左右，采空區(qū)丟煤較多，提高資源回收成為重點(diǎn)關(guān)注的問題。

（2）6.2m（阻力9400kN）國產(chǎn)支架研制 為進(jìn)一步加大工作面采高，提高資源采出率，真正實(shí)現(xiàn)大采高工作面一次采全高，2006年集團(tuán)公司在寺河礦成功使用5.5m支架經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，與煤炭科學(xué)研究總院、鄭州煤機(jī)公司共同研制全國首創(chuàng)最大支撐高度為6.2 m的液壓支架，于2006年6月10日在2307工作面試生產(chǎn)，2007年3月30日回采結(jié)束，工作面長度225m，采出率提高到93%。首個6.2m大采高工作面試驗(yàn)成功，晉煤集團(tuán)在大采高采煤工藝的應(yīng)用上有了新的突破。此后，國產(chǎn)6.2m大采高支架在寺河礦得到全面推廣?；颈苊饬斯ぷ髅嬲；夭蛇^程中大的冒頂事故。

6.2m大采高支架優(yōu)點(diǎn)為:支架工作阻力增加（由原來5.5m的8640kN提高到9400kN）;增加二級護(hù)幫的同時，又增加了抽屜式伸縮梁，可有效防止煤壁大面積片幫冒頂，大大加強(qiáng)了支架控制片幫和頂板的能力。

1.3 升華、突破、再創(chuàng)新

工作面采出率得到大幅度提升后，針對工作面留設(shè)區(qū)段煤柱大、采區(qū)采出率比較低的問題，又提出提高采區(qū)采出率的途徑:即工作面長度由原來225m加長到300m，從而提高采區(qū)采出率，減少留設(shè)煤柱。為此，研制了12000kN的6.2m支架。

2009年10月，300m工作面在寺河礦4301工作面正式開始試驗(yàn)，該面引進(jìn)鄭州煤機(jī)廠、北京煤機(jī)廠及集團(tuán)公司金鼎煤機(jī)公司生產(chǎn)的最大支撐6.2m、額定工作阻力12000kN的支架，共173架。采用JOY公司3×855kW三驅(qū)動刮板輸送機(jī) （采煤機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)不變），總裝機(jī)功率5070kW。4301工作面回采歷時291d，共推進(jìn)2353m，采煤6850031t。經(jīng)歷了初采、過陷落柱、過空巷、過大傾角、過斷層、過薄煤層、正常回采、末采等階段的多重考驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期的效果，寺河礦大采高采煤工藝在技術(shù)、裝備、安全管理等方面又上了一個新的臺階。300m工作面較225m工作面，減少了進(jìn)刀和端頭維護(hù)次數(shù)，同時降低了端頭維護(hù)強(qiáng)度，提高了煤炭資源采出率，減少了搬家倒面次數(shù)，降低了回采成本，工作面回采工效顯著提高。

300m工作面使用的大阻力6.2m支架除具備二級護(hù)幫板和伸縮梁外，工作阻力大大增強(qiáng)，（由225m工作面支架的 9600 kN提高到現(xiàn)在的12000kN），支架護(hù)幫、護(hù)頂效果更好，未出現(xiàn)壓死架現(xiàn)象，初撐力也可以得到保證，對300m工作面的頂板控制起到了關(guān)鍵作用。

2 圍繞大采高工作面各系統(tǒng)環(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新

寺河礦大采高綜采工作面經(jīng)過幾年的探索實(shí)踐，結(jié)合自身的特點(diǎn)走出了一條自主創(chuàng)新的道路，從點(diǎn)點(diǎn)滴滴的經(jīng)驗(yàn)積累開始，在各個系統(tǒng)環(huán)節(jié)上，為大采高綜采工作面的不斷發(fā)展提供了技術(shù)支撐，確保礦井安全、高效、經(jīng)濟(jì)、有序地運(yùn)行。

2.1 瓦斯治理

在高瓦斯條件下實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，瓦斯抽放最為關(guān)鍵，幾年來，從抽放系統(tǒng)和工藝上進(jìn)行革新:

（1）先后增加?xùn)|風(fēng)井井底和小東山井底抽放泵站，擴(kuò)大抽放范圍，提高瓦斯抽放能力。

（2）由單一的本煤層近距離抽放發(fā)展到區(qū)域遞進(jìn)式抽放。

（3）抽放瓦斯管路采用采空區(qū)抽放和工作面預(yù)抽雙系統(tǒng)，保證了采空區(qū)密閉的安全進(jìn)行。

（4）采用千米定向鉆機(jī)和國產(chǎn)MK系列普通鉆機(jī)有計(jì)劃有目的地施工本煤層瓦斯預(yù)抽鉆孔，截止目前，寺河礦抽放進(jìn)尺每天達(dá)到近5000m，抽放量每天達(dá)到近1×106m3。

（5）提高采高，減少老空區(qū)丟煤，降低采空區(qū)瓦斯涌出量。

在瓦斯抽放工作中切實(shí)做到多措并舉、應(yīng)抽盡抽、效果達(dá)標(biāo)。大采高工作面區(qū)域配風(fēng)量由當(dāng)初10000m3/min左右，降低到目前的6000～8000m3/ min，采面作業(yè)環(huán)境大大改善。

2.2 巷道布置及通風(fēng)系統(tǒng)

多年來，寺河礦大采高工作面均采用三進(jìn)兩回5巷布置的模式，隨著工作面瓦斯抽放量的增加，瓦斯含量降低，回采配風(fēng)量減少，逐漸嘗試了三進(jìn)一回、兩進(jìn)兩回4巷布置方式，分別在2304和3303工作面實(shí)踐，2個面多采出700kt資源，經(jīng)濟(jì)效益近4億，為資源開采的最大化找到了突破口。

2.3 初采工藝

大采高工作面初采最先在2301首采面采用頂板自行垮落的方式，切眼頂板由于有錨桿錨索等支護(hù)不能隨支架推進(jìn)及時垮落，造成支架后部頂板和掩護(hù)梁間空間不能及時充實(shí)，大量瓦斯積聚，直接頂來壓后基本頂一次垮落面積大，初采過程始終受到頂板和瓦斯的雙重威脅。

隨后初采工藝優(yōu)化為在支架安裝過程中，逐架退掉切眼頂板支護(hù)錨索托盤，支架安裝完畢后，在頂板打炮眼放震動炮的方式 （每架2個炮眼，前后各1個，炮眼深度2.0m，每個炮眼放7個藥卷）使切眼頂板遭到破壞，切眼頂板隨支架推進(jìn)及時垮落充填采空區(qū)，頂板和瓦斯?fàn)顩r明顯好轉(zhuǎn)。保證了工作面初采期間連續(xù)推進(jìn)。初采時間也由原來的7～10d縮短到5～7d。

2.4 末采工藝

在工作面末采時，礦井經(jīng)歷2次大的冒頂事故，給撤架帶來嚴(yán)重影響，經(jīng)過不斷實(shí)踐、總結(jié)、完善，逐漸掌握了一套合理、可靠的末采工藝。

（1）提高主撤垛式支架支護(hù)阻力 由7400kN的垛式支架改為12000kN垛式支架。

（2）縮小主撤通道斷面 由原來的5.0m× 3.8m優(yōu)化為3.5m×3.8m。

（3）提出末采掛網(wǎng)和采高的最合理參數(shù) 末采開始掛網(wǎng)由原來16m減到現(xiàn)在14m;末采采高由原來的4m提高到4.5～5.0m。

（4）加固煤體強(qiáng)度 在距主撤貫通120～50m期間，提前對工作面兩巷距貫通100m范圍及主撤通道與工作面貫通側(cè)注化學(xué)漿，提高末采期間巷道及主撤煤體的自身抗拉、抗剪強(qiáng)度。

（5）加強(qiáng)末采期間勞動組織管理 縮短聯(lián)網(wǎng)對割煤的影響時間。

（6）提高工人聯(lián)網(wǎng)技能 提前對參與末采的職工隊(duì)伍進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)培訓(xùn)，保證了聯(lián)網(wǎng)速度和質(zhì)量。

通過上述措施主撤通道抗動壓能力大大增加，工作面末采時間由原來的7～8d縮短為4d。

2.5 留巷技術(shù)

礦井6.2m采高工作面全面推廣后，回采工作面最大采高由原來的5.5m加大到6.2m，隨著采高的加大，工作面采場及留巷巷道礦山壓力加劇，原來簡單的錨索補(bǔ)強(qiáng)留巷技術(shù)已不能滿足需要。

結(jié)合礦井實(shí)際首次提出φ22mm短錨索+鋼筋網(wǎng)的全斷面補(bǔ)強(qiáng)方式，并付諸實(shí)施，留巷效果明顯好轉(zhuǎn)，巷修工程量大大降低，給接替面的順利回采創(chuàng)造了良好條件。

2.6 大采高8～14°緩傾斜煤層開采技術(shù)

從大采高裝備的技術(shù)參數(shù)看，支架和采煤機(jī)最大適用坡度為7°，寺河礦為近水平煤層，煤層傾角一般在5°左右，但隨著開采不斷深入特別是開采東四盤區(qū)時，4301工作面局部傾角達(dá)到8～14°，給開采工作帶來較大困難。采取的主要措施為:

（1）在工作面設(shè)計(jì)中提前考慮了兩巷盡可能沿偽傾斜布置，適當(dāng)減小推進(jìn)坡度，工作面煤層傾角超過8°時，工作面設(shè)計(jì)為下山開采。

（2）工作面沿底板推進(jìn)，必須保證底板平整，防止出現(xiàn)臺階;切頂柱要保證擋矸有效;在大坡度區(qū)段推移機(jī)頭 （機(jī)尾）時，過渡槽及第一、二節(jié)溜槽要同時前移，避免機(jī)頭 （機(jī)尾）大架和過渡槽脫節(jié)。

2.7 頂板控制

大采高工作面的頂板控制是大采高工作面現(xiàn)場管理的重要環(huán)節(jié)，主要采取了以下措施:

（1）加強(qiáng)支架初撐力管理，不得低于24MPa;充分發(fā)揮支架伸縮頂梁和一、二級護(hù)幫板功能，嚴(yán)格控制梁端距，超前拉架、追機(jī)拉架，提高支架及時支護(hù)效果。

（2）加強(qiáng)工作面乳化液泵站壓力管理，不得低于31.5MPa。

（3）針對煤壁三角區(qū)頂板控制這一難點(diǎn)，提前對煤體破碎的三角區(qū)注瑞米材料加固煤體，提高煤體自身支護(hù)強(qiáng)度。

（4）提高超前支護(hù)范圍和強(qiáng)度，對動壓影響巷道，超前100m架棚進(jìn)行維護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度不小于一梁四柱。

2.8 采高管理

礦井采用6.2m支架后，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的一次采全厚。通過以下措施保證采高穩(wěn)定在6.0m以上:

（1）在支架上懸吊2.8m長小鏈，用醒目的標(biāo)志顯示支架活柱長度，使全員能及時監(jiān)督采高。

（2）加高兩巷高度，由原來3.5m提高到3.8m，盡可能縮短工作面過渡段長度，最大限度提高中間架采高。

（3）嚴(yán)格控制工作面挖底量，規(guī)定不超過100mm，從而提高有效采高。

3 大采高綜采工作面采煤技術(shù)前景展望

3.1 大采高支架及超長綜采面成套設(shè)備

寺河礦開采的3號煤局部煤厚達(dá)到6.5m以上，目前6.2m支架在回采過程中，后部采空區(qū)仍有部分丟煤情況，隨著國產(chǎn)支架的應(yīng)用成熟，特別是集團(tuán)公司自主開發(fā)的7.6m支架已經(jīng)亮相，使礦井采高繼續(xù)提升有了充分技術(shù)保障。同時積極調(diào)研350～400m工作面的成套裝備，使支架、三機(jī)、采煤機(jī)、運(yùn)輸車輛相互匹配。

3.2 積極推廣試驗(yàn)跨巷開采和無煤柱開采

隨著工作面開采，兩巷之間損失的煤柱量巨大，造成資源浪費(fèi)，由于跨巷開采必須有完備的留巷和沿空留巷技術(shù)作為保障，目前大采高工藝下留巷技術(shù)日趨成熟穩(wěn)定，在不久的將來跨巷開采和無煤柱開采將推廣開來，真正實(shí)現(xiàn)資源開采最大化。

3.3 15～20°傾角煤層的大采高綜采技術(shù)研究

目前寺河礦已在4301工作面成功推過局部傾角8～14°煤層，初步積累了一些經(jīng)驗(yàn)，為礦井西部局部傾角在15～20°煤層的開采提前作了準(zhǔn)備。通過在大采高支架和溜槽上加裝防倒防滑裝置，并采取合理有效的措施，實(shí)現(xiàn)了大傾角條件下大采高綜采面安全高效回采是完全可行的。

4 結(jié)束語

寺河礦大采高工作面采煤技術(shù)的實(shí)踐，是一個裝備上由進(jìn)口到國產(chǎn)、技術(shù)上由低采到高采、系統(tǒng)上由單一到多元、管理上由粗放到精細(xì)的過程。隨著新設(shè)備、新技術(shù)的不斷應(yīng)用，礦井對采煤技術(shù)的發(fā)展前景充滿信心，必將實(shí)現(xiàn)新的跨越。

［1］王國法.“十二五”煤礦開采裝備技術(shù)的發(fā)展展望［J］.煤礦開采，2011，16（3）:19－24，50.

Optim ization and Innovation of Full-mechanized Mining Technology with Large Mining-height in Sihe Colliery

XUE Jun-zheng

（Sihe Colliery，Jincheng Coal Industry Group，Jincheng 048205，China）

There have been 3 phrases in large-mining height powered support development and improvement since Sihe Colliery went into operation Optimization and innovation of every system in full-mechanized mining face with large mining height was introduced Great-leap-forward development road of Sihe Colliery has formed under the condition of coal-seam with high methane content.

largemining height;mining technology;optimization and innovation

TD823.25

A

1006-6225（2011）05-0019-03

2011－07－28

薛軍正 （1969－），男，山西吉縣人，工程師，現(xiàn)任晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦常務(wù)副礦長。

［責(zé)任編輯:周景林］