綜采放頂煤工藝在靈石礦區(qū)的實(shí)踐

候繼東

（山西靈石縣煤炭工業(yè)局，山西 靈石 031200）

引言

興發(fā)煤礦10號煤層現(xiàn)回采工藝為高檔普采，部分礦井嘗試采用綜采一次采全高（4.5 m左右）工藝。高檔普采因受其工藝限制，資源的浪費(fèi)比較嚴(yán)重；綜采一次采全高雖然比高檔工藝先進(jìn)，能減少資源的浪費(fèi)[1]，但作者認(rèn)為對于總厚5.6 m的煤層來說，此工藝的適應(yīng)性還需進(jìn)一步研究和探討。

經(jīng)過專家多次論證，興發(fā)煤礦采用了綜采放頂煤工藝對10號煤進(jìn)行回采。下面就綜采放頂煤工藝在興發(fā)煤礦的實(shí)踐、探索做以下整理，以期能為本地區(qū)條件相似煤層的開采提供有益的經(jīng)驗(yàn)和參考。

1 煤層賦存概況

井田構(gòu)造形態(tài)基本為寬緩的褶曲構(gòu)造為主，北部為軸向北東—南西的向斜構(gòu)造(S3)，樞紐向西仰起。井田中部為軸向北東—南東的背斜構(gòu)造(S4)，樞紐向北西傾伏。在10號煤上覆9號煤層井巷開拓、回采中未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造現(xiàn)象，但揭露16個小陷落柱。平面形狀均為近圓或似橢圓形，規(guī)模不大，長軸30 m左右，短軸25 m左右。井田構(gòu)造復(fù)雜程度為簡單構(gòu)造。

10號煤位于太原組下段中部。頂板為砂質(zhì)泥巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，具水平層理，屬不穩(wěn)定—較穩(wěn)定型頂板；底板為泥巖或砂質(zhì)泥巖，節(jié)理裂隙不發(fā)育，屬不穩(wěn)定—較穩(wěn)定型底板。

10號煤層厚度平均5.6 m，自上而下的結(jié)構(gòu)為煤（1.2 m）、矸（0.8 m）、煤（4.6 m），傾角0~13°，平均7°。此煤層分布廣泛，埋藏較深，保存良好，厚度變化不大，是穩(wěn)定可采的厚煤層。

2 綜采放頂煤工作面采煤方法

根據(jù)煤層賦存條件、開采技術(shù)條件、地面保護(hù)要求、采掘運(yùn)裝備水平和有關(guān)要求，以及提高單產(chǎn)、效率、回采率、生產(chǎn)安全、經(jīng)濟(jì)效益等因素，經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定10號煤采用綜采放頂煤開采。

工作面設(shè)備選用：采煤機(jī)選用MG180/420-WDK型電牽引采煤機(jī)。該采煤機(jī)最大采高3.2 m，截深0.6 m；液壓支架選用ZF4400/17/27型液壓支架，支架的重量13 900 kg，工作阻力為4 400 kN，支架中心距為1.5 m，支護(hù)高度為1.7 m~2.7 m,支護(hù)初撐力為3 960 kN[2]；工作面的刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)根據(jù)工作面的生產(chǎn)能力分別選用SGZ-630/264型前刮板輸送機(jī)、SGZ-764/500型后刮板輸送機(jī)、SZZ-730/160型轉(zhuǎn)載機(jī)、PLM-1000型破碎機(jī)。

101工作面巷道布置：為一進(jìn)（101機(jī)軌合一巷）一回（101回風(fēng)巷）布置，101機(jī)軌合一巷擔(dān)負(fù)原煤運(yùn)輸、材料運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)和進(jìn)風(fēng)的任務(wù)，101回風(fēng)巷擔(dān)負(fù)回風(fēng)任務(wù)。

綜放工藝流程為：煤機(jī)機(jī)尾斜切進(jìn)刀—→下行割頂—→伸出支架前探梁—→煤機(jī)至機(jī)頭落滾筒割底—→上行割底—→移架—→推溜—→放煤—→拉后溜。

101工作面參數(shù)：設(shè)計(jì)采高2.2~2.5 m，放頂煤3.1~3.4 m，采放比為1:1.4；放煤工藝為一采一放、分段順序放煤；放煤標(biāo)準(zhǔn)為放煤口見1/2~2/3矸石停止放煤；煤機(jī)進(jìn)刀方式為端頭斜切進(jìn)刀；割煤方式為下行割頂上行割底往返一刀；采用走向長壁布置，全部跨落法管理頂板。

101工作面采用后退式開采，工作面長度為160 m，走向長度為680 m，工作面采用一進(jìn)一回“U”型通風(fēng)方式，單產(chǎn)最高可達(dá)0.4萬t/日，因礦井生產(chǎn)能力核定限制，工作面實(shí)際年產(chǎn)量為56萬t，實(shí)現(xiàn)了礦井的高產(chǎn)高效。

3 綜采放頂煤工藝特點(diǎn)

1）工作面順槽沿煤層底板布置，采用錨網(wǎng)、錨桿、鋼帶、錨索聯(lián)合支護(hù)，礦壓顯現(xiàn)比較明顯的巷道區(qū)段另架棚加強(qiáng)支護(hù)取得了很好的支護(hù)效果，使巷道的維護(hù)量大大減少，且為綜放工作面的高產(chǎn)高效提供了安全保障。

2）與一般的綜采工藝相比：第一，移完架后推前溜子至煤壁，放煤后再拉移后溜到支架后尾梁下的位置。第二，移完溜后多了放頂煤這一工序。放頂煤為綜放工藝的關(guān)鍵工序，一般要根據(jù)架型、放煤口位置及尺寸、頂煤厚度及破碎情況合理確定放頂煤的步距及作業(yè)方式。101面的放煤工藝為一采一放、分段順序放煤。第三，移架到位后，放煤前要反復(fù)升降后尾梁幾次，以達(dá)到把后尾梁上方較大的煤塊擠碎的目的，有利于下一步的放煤作業(yè)。第四，利用調(diào)斜技術(shù)和推移順序來控制前、后溜子的下滑、上竄。

3）機(jī)頭機(jī)尾各保留3架不放頂煤，這樣能保證上下出口的頂板完整，并有利于頂板的維護(hù)。

4）考慮轉(zhuǎn)載設(shè)備和皮帶運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)載能力及安全，一般割煤和放煤不同時(shí)進(jìn)行，而是先割煤再放煤，有序分時(shí)段進(jìn)行。

5）放煤控制在綜放工藝中尤其重要，首先是回采率的保證，其次是煤質(zhì)的保證。根據(jù)現(xiàn)行進(jìn)行各個程度的實(shí)驗(yàn)和測算，最終確定一個回采率和煤質(zhì)的最佳平衡點(diǎn)。

6）采空區(qū)防滅火是綜放工藝的重中之重。采空區(qū)因放煤不凈殘留有松散的煤炭，如不進(jìn)行細(xì)致認(rèn)真的通防管理，極易發(fā)生自燃事故。輕則影響生產(chǎn)，重則能造成工作面封閉等重大財(cái)產(chǎn)損失。綜放工作面必須具備兩種以上的防滅火措施[3]，101綜放面具備黃泥注漿防滅火系統(tǒng)和阻化劑防滅火系統(tǒng)。

7）綜放面的煤層層位管理工作十分重要，是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效高回收的重要前提。為了更準(zhǔn)確地掌握工作面頂部及底板煤巖層的分布情況，每周組織相關(guān)技術(shù)人員對其進(jìn)行探測，并畫出煤層層位柱狀圖用于指導(dǎo)各作業(yè)班組的層位控制，確保層位合理的常態(tài)化。

4 工作面頂板管理

綜采放頂煤工作面沿底板回采，所以工作面的直接頂板就是頂煤，如果頂煤破碎，則可能會造成漏頂、冒頂，進(jìn)而造成歪架、倒架事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響安全和生產(chǎn)。造成頂板破碎的原因有以下幾種：第一，支架初撐力不足。原因也是多方面的，如液壓供液系統(tǒng)故障、系統(tǒng)調(diào)壓不足、支架液壓系統(tǒng)出現(xiàn)竄液、漏液現(xiàn)象，管路損耗，或者工人操作升柱手把供液時(shí)間短等原因?qū)е轮Ъ苓_(dá)不到應(yīng)有初撐力，無法實(shí)現(xiàn)支架對頂板的有效支撐，進(jìn)而造成頂板破碎[4]。第二，支架接頂狀況不良。由于采煤機(jī)滾筒的割煤精度問題，致使被割后的頂板不平整，進(jìn)而造成支架接頂不良、受力不均，不能使頂板得到及時(shí)有效的支護(hù)。第三，周期來壓。周期來壓期間，頂板所承受的壓力驟增，超過煤體的承載極限就會發(fā)生破碎。第四，遇有地質(zhì)構(gòu)造如斷層、陷落柱等。第五，上覆煤層采空區(qū)應(yīng)力影響。上覆煤層采空區(qū)的保護(hù)煤柱會產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)，進(jìn)而傳遞到頂板煤層，造成煤體破碎。

針對以上原因，對頂板管理采取增加支架的初撐力，生產(chǎn)過程中二次補(bǔ)液，提高煤機(jī)手精細(xì)操作，保證支架的接頂質(zhì)量，遇到地質(zhì)構(gòu)造及時(shí)地采取相應(yīng)的措施，從而使工作面頂板支護(hù)達(dá)到最佳狀態(tài)。

5 存在的問題

101綜放工作面是本礦區(qū)第一個綜放工作面，對于綜放工藝有一個不斷摸索、實(shí)踐的過程，要真正實(shí)現(xiàn)綜放工作面高產(chǎn)高效還需要解決以下幾個問題：

1）放頂煤開采技術(shù)因煤質(zhì)因素一般無法把頂煤徹底放凈，這樣一是造成回采率相對低（與分層開采比），二是采空區(qū)內(nèi)遺留有沒放凈的松散煤炭，容易出現(xiàn)采空區(qū)煤炭自燃，給安全生產(chǎn)造成很大影響。

2）后溜位置易發(fā)生氣體積聚。因后溜位置空間有限，且支架部件對風(fēng)流構(gòu)成阻礙，致使風(fēng)量相對不足，風(fēng)流相對不暢。興發(fā)煤礦為瓦斯礦井，經(jīng)長期監(jiān)測，該位置無瓦斯積聚出現(xiàn)。但對于高瓦斯礦井而言，理論上有積聚的可能性，還需在高瓦斯條件下進(jìn)行細(xì)致認(rèn)真的監(jiān)測觀察。

3）防塵任務(wù)量加大。本身作為綜采工作面煤機(jī)割煤就會產(chǎn)生大量的煤塵，加之后溜的放煤也會產(chǎn)生大量的煤塵，對架間噴霧、放煤噴霧等工作面防塵設(shè)施提出更高的要求。

4）興發(fā)煤礦是由傳統(tǒng)的地方煤礦兼并技改而來的礦井，從巷道斷面到輔助運(yùn)輸，再到通風(fēng)能力都無法滿足綜放設(shè)備運(yùn)輸、綜放生產(chǎn)通風(fēng)需求。為此，興發(fā)煤礦投入了大量的人力、物力進(jìn)行了系統(tǒng)改造：巷道擴(kuò)刷、軌道更換、絞車更新、回采巷道重新設(shè)計(jì)等才基本達(dá)到了綜放設(shè)備運(yùn)輸、安裝、生產(chǎn)的要求。但老系統(tǒng)改造只能階段性地滿足一個綜放面的投放，而無法滿足產(chǎn)能進(jìn)一步提升。

5）人員素質(zhì)問題。綜放工藝的投入之后隨之而來的是新設(shè)備、高技術(shù)設(shè)備的投入。沒有專門的機(jī)電技術(shù)人才是無法維持設(shè)備長期正常運(yùn)轉(zhuǎn)的。前期因均為新設(shè)備，即便是維護(hù)不到位，矛盾也沒凸顯出來；但隨著設(shè)備的持續(xù)使用，組件老化，到時(shí)維護(hù)不到位、檢修不到位、使用不規(guī)范的弊端就異常明顯了。嚴(yán)重的會使生產(chǎn)中斷，甚至威脅到安全。

總之，對于本地區(qū)來說綜采放頂煤工藝是個新鮮事物，興發(fā)煤礦率先投入，除驗(yàn)證了對于均厚5.6 m的10號煤開采的可行性外，還提出一些待解決的問題與大家一起思考、探討。興發(fā)煤礦正嘗試通過增設(shè)外圍輔助工藝（如地面篩選系統(tǒng)）來解決提高綜煤質(zhì)問題、采空區(qū)自燃隱患等問題，讓綜放工藝更完善地展現(xiàn)在大家面前，更好地為本地區(qū)的煤炭開采服務(wù)。

[1] 王繼仁,翟桂武.現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2012.

[2] 姜福興.采煤工作面頂板控制設(shè)計(jì)及其專家系統(tǒng)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2010.

[3] 譚云亮.礦山壓力與巖層控制[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2008.

[4] 袁亮,葛世容,黃盛初,等.煤礦總工程師技術(shù)手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2012.