蔚州礦區(qū)一號煤層綜采工作面回采技術(shù)研究

【摘要】蔚州礦區(qū)1號煤層屬于“三軟”煤層，開采時面臨頂板破碎、底板遇水泥化和煤壁易片幫等難題。近年來，由于1號煤層頂、底板巖性的特殊性，該礦區(qū)回采1煤層從未取得大的收益。崔家寨礦E12101工作面在立足“三新”管理，采取“預(yù)留底煤、煤壁打設(shè)液沖錨桿、支架抬腳墊料及分組供液”等方法，首次回采成功。

【關(guān)鍵詞】三軟煤層；預(yù)留底煤；液沖錨桿；抬腳墊料；分組供液；三新管理；控制水

1、引言

蔚州礦區(qū)位于河北省張家口市蔚縣境內(nèi)。礦區(qū)內(nèi)1號煤層可采儲量占礦區(qū)可采儲量的28.44%，且尚未大規(guī)模開發(fā)。隨著礦區(qū)建設(shè)步伐的加快，如何科學(xué)地回收和挖潛1號煤層資源，將對礦區(qū)的發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)起著舉足輕重的作用。崔家寨礦E12101工作面作為該礦區(qū)第一個試采成功的1號煤層綜采工作面，不僅為礦區(qū)今后回采1號煤層積累了經(jīng)驗，還為類似條件下煤層開采提供了參考和借鑒。

2、煤層及頂、底板條件概述

崔家寨礦E12101工作面為下山開采，煤層平均厚度2.86m，賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以光亮—半光亮型煤為主，其煤層及頂?shù)装鍫顩r見表1-1。

3、工作面“三機”配套

工作面所使用的機組：MG610/1400-WD型，滾筒截深800mm；刮板輸送機：SGZ-1000/1400型；液壓支架：ZY6400-21/45掩護(hù)式支架。

4、E12101工作面在回采過程中遇到的困難

由于E12101工作面煤壁及頂、底板巖石的特殊性，在回采過程中主要存在以下困難：

（1）頂板：直接頂為粘土巖，巖性較軟且裂隙發(fā)育，在支承壓力作用下頂板容易破碎、掉矸，致使移架后架腳前浮矸多，再次移架前必須人工清理浮矸，嚴(yán)重影響移架速度。如果移架不及時或煤壁片幫造成端面距加大就會導(dǎo)致冒頂，遇周期來壓時礦壓顯現(xiàn)更加明顯。

（2）煤壁：煤層松軟，容易片幫，片幫后加大了端面距，由于架腳前浮矸導(dǎo)致移架滯后，移架后煤壁繼續(xù)劈幫，給頂板控制帶來了困難，形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重時就會冒頂。

（3）底板：直接底為粘土巖，遇水成泥狀，支架很難達(dá)到初撐力，不利于頂板控制。如果支架伸足勁達(dá)到初撐力，就會造成架腳下扎且壓推移大桿，致使溜子頂不動，從而移架更加滯后，也不利于頂板控制。在頂板破碎掉矸嚴(yán)重導(dǎo)致支架頂梁接頂不實，采面傾斜角度大，或溜子“上竄下跳”等條件下，支架最容易傾倒、倒架。

以上情況使工作面很難擺脫支撐壓力影響，造成工作面1個月內(nèi)無法向前推進(jìn)，嚴(yán)重影響了推進(jìn)速度，更不利于安全生產(chǎn)，且增加了職工的勞動強度，降低了工作效率。

5、E12101工作面回采經(jīng)驗探討

5.1E12101工作面回采過程中采取的措施

5.1.1預(yù)留底煤

由于煤層底板松軟、遇水泥化，因此在工作面回采過程中留0.2m厚的底煤，來增強“底板”抗壓強度，使支架達(dá)到了初撐力，有利于頂板控制，并解決了底板泥化帶來的頂溜、移架的困難。

5.1.2應(yīng)對頂板破碎

追機帶壓移架、超前移架。追機帶壓移架距離控制在距機組滾筒5-10組支架，否則停機等待，且移架時嚴(yán)禁大降支架，以支架能移動為準(zhǔn)；超前移架即頂溜后如果斷面距過大及時移架護(hù)頂。嚴(yán)格支架操作，要用好抬腳頂和平衡頂，抬腳困難時用單體液壓支柱抬腳，平衡頂以調(diào)平頂梁為準(zhǔn)，不能錯茬；及時伸出伸縮梁、護(hù)幫板；支架初撐力不低于24Mpa；嚴(yán)格控制采面高度及直率，保證正規(guī)循環(huán)作業(yè)。

5.1.3液沖錨桿的使用

由于E12101工作面頂板破碎和煤壁容易片幫，對正?；夭捎绊懞艽?。通過安裝液沖錨桿來控制煤壁和頂板，效果顯著，有效控制了煤壁片幫，較好的控制了頂板冒落的矸石，保證了工作面的正?；夭伞?/p>

通過在E12101工作面的使用研究，液沖錨桿垂直打設(shè)在煤壁上，效果不大，最理想狀態(tài)為打設(shè)上、下兩排液沖錨桿，間距0.5米，上排錨桿距頂板0.4米，向上角度20-22度，可直接穿入頂板；第二排距頂板0.9米，兩排錨桿錯位打設(shè)。隨工作面回采推進(jìn)，及時在頂板破碎區(qū)、煤壁片幫區(qū)和兩巷超前區(qū)域打設(shè)錨桿，視情況適當(dāng)加密。在工作面周期來壓前，提前打設(shè)液沖錨桿，能更有效地控制頂板和煤壁。

5.1.4抬腳墊料及處理倒架技術(shù)

為克服底板松軟造成的架腳下扎、壓推移桿、抬腳困難且支架達(dá)不到初撐力等情況，采取在本組支架頂梁上打設(shè)兩棵3.15米單體柱，柱底穩(wěn)在相鄰兩組支架的架腳柱窩上，支架工遠(yuǎn)方操控，人員避開單體柱彈射范圍，實現(xiàn)降架抬腳，在架腳下墊1.2×0.24×0.22米方木來增強底板抗壓。解決了移架、頂溜難題，做到了及時有效控制頂板。

支架倒架后，在操控側(cè)護(hù)板、底調(diào)、抬腳效果不好的情況下，采用相同的方法使支架降架抬腳，移支架時調(diào)向、調(diào)架間隙，順序調(diào)架和間隔調(diào)架交替操作，能夠及時處理倒架。

5.1.5控水措施

工作面水源主要來自采空區(qū)水、采煤機噴霧水、液壓支架的“跑、冒、滴、漏”水、刮板輸送機冷卻水。E12101工作面在控制水方面采取了如下措施：

一是排水，在工作面最低處挖水窩，利用水泵將工作面水排出，頂一次溜子挖一次水窩，及時排水。

二是改造采煤機噴水霧化裝置，將噴嘴改成旋轉(zhuǎn)小直徑多孔噴頭，改善了霧化效果，減少了用水量。

三是將支架整體供液改為分段供液，有利于在不停機的情況下，及時關(guān)閉某段支架閥門更換密封、管路，減少了因支架“跑、冒、滴、漏”造成的工作面積水現(xiàn)象。

四是將刮板輸送機冷卻水外引到排水管路。

5.2首采面E12101回采的“三新”式管理

“三新”是指新管理辦法、新裝備、新技術(shù)。E12101工作面通過立足“三新”抓管理，科學(xué)地采用新技術(shù)、新裝備，規(guī)范員工操作行為，提高了員工操作和理論水平，確保了安全生產(chǎn)和效益最大化。

5.2.1新管理

自進(jìn)入E12101工作面以來，由于地質(zhì)條件較差，作業(yè)環(huán)境惡劣，勞動強度大，員工積極性受到極大影響，情緒低落，工作效率低，生產(chǎn)局面非常被動。在這種情況下，全隊干部職工不畏困難，統(tǒng)一思想，加強工作面質(zhì)量管控，安全第一，質(zhì)量先行，穩(wěn)扎穩(wěn)打，制定出臺了“六個嚴(yán)禁”管理辦法、“加強液壓系統(tǒng)管理考核辦法”、“班組班后質(zhì)量評估”和配套的“經(jīng)濟政策”，規(guī)范了員工操作行為及現(xiàn)場班長管理責(zé)任，使員工思想觀念有了轉(zhuǎn)變，積極性明顯提高。

工作面回采初期，為了搶進(jìn)度，減小頂板壓力，工作面機頭、機尾支架超前，中部支架滯后，造成壓力集中在滯后的支架上，致使工作面切頂、煤壁向前劈幫嚴(yán)重，無法控制頂板，經(jīng)過研究和詳細(xì)論證，及時出臺了“六個嚴(yán)禁”考核辦法。

①嚴(yán)禁降低支架高度；

②嚴(yán)禁空頂作業(yè)；

③嚴(yán)禁不按規(guī)定上漂下剎溜子；

④嚴(yán)禁拉支架不抬架腳，造成埋壓推移大桿頂不動溜子；

⑤嚴(yán)禁溜子中段滯后出彎；

⑥嚴(yán)禁支架踏板及架腳前有浮煤、浮矸。

通過“六個嚴(yán)禁”等管理辦法的出臺及現(xiàn)場落實，扭轉(zhuǎn)了生產(chǎn)被動局面，安全有了保證。工作面的“三直、一平、兩暢通”做到了動態(tài)達(dá)標(biāo)，產(chǎn)量也達(dá)到了作業(yè)規(guī)程要求。

5.2.2新裝備

工作面使用液沖錨桿有效的控制了煤壁及頂板；將機組滑靴更換為耐磨滑靴，克服了工作面下山回采對滑靴的磨損，降低了成本；通過鄰架抬腳、墊木料能及時的擺脫過斷層期間打底造成的移架、頂溜困難，并且能及時處理倒架，保證了正常生產(chǎn)。

5.2.3新技術(shù)

工作面通過預(yù)留底煤、控制水及使用液沖錨桿克服了頂、底板帶來的困難。

并且制作簡易坡度測量器，嚴(yán)格控制采煤機下剎角度，保證了工作面高度。避免了由于下剎角度過大造成的破底，下剎角度過小造成的降低工作面高度，導(dǎo)致壓支架或機組不能通過等困難；避免了“一漂一剎”造成的頂溜困難。

E12101工作面兩巷高差達(dá)到20米，溜子“上竄下跳”速度非常快，受頂、底板的影響很容易造成倒架。工作面采取“提前加刀，緩慢加刀”，將超前量控制在高差的1/2到2/3之間，及時有效地控制了刮板輸送機與轉(zhuǎn)載機的搭接，避免了由于溜子“上竄下跳”造成的倒架。

5.3工作面設(shè)計及設(shè)備選型探討

根據(jù)E12101工作面長度設(shè)計及所使用的設(shè)備運轉(zhuǎn)情況來看，工作面長、采煤機截深大、支架笨重也是影響生產(chǎn)的主要原因。1煤層工作面長度不應(yīng)過大，控制在100米左右較為合適，適用于輕架型支撐式支架、小截深采煤機回采，能更好地加快工作面推進(jìn)速度，減小壓力影響。

6、結(jié)束語

E12101工作面在吸取該礦區(qū)1406等一號煤層工作面回采失敗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，立足“三新”抓管理，從技術(shù)層面潛心研究，管理方面自主創(chuàng)新，嚴(yán)格要求，以工作面安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化動態(tài)達(dá)標(biāo)為前提，穩(wěn)扎穩(wěn)打，克服了回采中遇到的各種困難，首次試采成功。該工作面回采過程中總結(jié)的教訓(xùn)和積累的經(jīng)驗均有在今后回采類似煤層時借鑒和推廣的實用價值。

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作者簡介

房崢翔，男，漢族，1981年11月3日生，山西大同廣靈人，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程系，采煤助理工程師，現(xiàn)任開灤（集團）蔚州礦業(yè)公司北陽莊礦綜采一隊技術(shù)副隊長。