傾斜煤層大采高綜采工作面開采技術(shù)實(shí)踐研究

馬洪巖 徐衛(wèi)東

(徐礦集團(tuán)張雙樓煤礦，江蘇 徐州 221616)

在我國現(xiàn)有煤炭產(chǎn)量和儲(chǔ)量中，厚煤層產(chǎn)量占原煤總產(chǎn)量的45%左右，厚煤層開采指的是井工開采煤層厚度3.5m以上，露天開采煤層厚度10m以上的煤層，是我國高產(chǎn)高效開采的主力煤層。針對(duì)我國厚煤層的特點(diǎn)，隨著采煤工藝的發(fā)展，先后發(fā)展出了分層開采、放頂煤開采和大采高綜采三種采煤方法[1]。目前，三種開采方法各具特色，在我國的礦山中都有應(yīng)用。徐礦集團(tuán)張雙樓煤礦煤層平均厚度4m，其突出的特點(diǎn)是各個(gè)工作面的傾角比較大，且礦井水涌出量大。9307大采高綜采工作面，在平均傾角30°的條件下，通過技術(shù)探索與開采實(shí)踐，有效的解決了回采過程中存在的支架下滑、支架傾倒、頂板冒落、煤壁片幫嚴(yán)重等技術(shù)問題，創(chuàng)下了張雙樓煤礦月產(chǎn)最高水平，具備了月產(chǎn)135kt的生產(chǎn)能力。

1 9307綜采工作面地質(zhì)概況

9307工作面位于-500水平東二采區(qū)，工作面標(biāo)高-468.1m～-548.2m，地面標(biāo)高+36.88m。 9307 工作面地層傾角為 6°～33°，平均30°，煤層厚度2.2m～4.1m，平均厚度4m。工作面中部煤層中發(fā)育一偽頂泥巖區(qū)，區(qū)內(nèi)偽頂泥巖厚度0～3.0m；直接頂為細(xì)砂巖，厚22.6m；直接底為泥巖，厚2.6m。煤層直接頂板細(xì)砂巖裂隙發(fā)育一般，富水性弱?；夭蛇^程中上覆老峒及上部采空區(qū)內(nèi)動(dòng)水將入工作面。工作面中西部面內(nèi)有105鉆孔，終孔于7煤底板，終孔標(biāo)高-469.1m，封孔良好。回采時(shí)最大涌水量100m3／h，正常涌水量80m3／h。相對(duì)瓦斯涌出量 0.08m3/t，屬低瓦斯，煤塵爆炸指數(shù)35.06，有爆炸危險(xiǎn)，屬Ⅱ級(jí)自燃發(fā)火煤層。

2 9307綜采工作面回采工藝及主要設(shè)備

回采工藝：

根據(jù)采區(qū)和工作面設(shè)計(jì)以及煤層的賦存條件，該面采用走向長臂大采高綜合機(jī)械化一次采全高后退采煤法，全部垮落法處理采空區(qū)頂板，選用國產(chǎn)無鏈牽引MG600/1385-WD型采煤機(jī)單向割煤，端部斜切進(jìn)刀，截深0.8m，滾筒直徑2m。工作面采用一臺(tái)SGZ1000/1050型刮板輸送機(jī)，運(yùn)輸巷采用一臺(tái)SZZ1000/400型轉(zhuǎn)載機(jī)，配備一套PLM3000輪式破碎機(jī)，鋪設(shè)四部膠帶輸送機(jī)運(yùn)煤。

工作面選用67架ZY6800/20/42支持掩護(hù)型液壓支架支護(hù)頂板，移架采用追機(jī)作業(yè)，分段依次順序移架。上下端頭支護(hù)均采用錨網(wǎng)梁支護(hù)。工作面上、下兩巷自出口向外超高段使用HDJB-1000型金屬鉸接頂梁，DZ型系列單體液壓支柱做腿，配合半圓木扶雙排一梁一柱走向棚的超前支護(hù)，扶雙排走向棚的超前支護(hù)。

3 大采高綜采工作面存在的問題

根據(jù)國內(nèi)傾斜厚煤層大采高綜采工作面開采經(jīng)驗(yàn)以及徐礦集團(tuán)張雙樓煤礦9307工作面的實(shí)際情況，該工藝主要存在以下幾個(gè)面的問題：

3.1 工作面片幫，架前漏頂

大傾角大采高工作面在遇有來壓或構(gòu)造時(shí)，極易出現(xiàn)煤壁大面積片幫，片幫后端面距加大，頂板失去煤壁支撐，常造成冒頂事故。9307工作面上部比中部、下部易片幫；煤層增厚、坡度增大處易片幫；正斷層交面處易片幫、工作面來壓期間易片幫。因此必須及時(shí)采取有效措施，防止事故的發(fā)生。

3.2 “三滑一倒”問題

“三滑一倒”問題即工作面的支架、采煤機(jī)及刮板輸送機(jī)的下滑和支架的傾倒。

3.2.1 工作面輸送機(jī)下滑

大采高綜采工作面的裝備重量大，工作面傾角較大，工作面輸送機(jī)在回采工程中本身自重有下滑趨勢(shì)，加上原煤向下運(yùn)輸、采煤機(jī)割煤時(shí)產(chǎn)生的阻力和采煤機(jī)牽引運(yùn)行的綜合作用下，會(huì)使工作面輸送機(jī)在推移過程中產(chǎn)生向下滑移，進(jìn)而帶動(dòng)液壓支架下滑，從而影響生產(chǎn)。

3.2.2 采煤機(jī)下滑

因?yàn)槊繉觾A角過大，采煤機(jī)因?yàn)橹亓Ψ至康淖饔枚a(chǎn)生下滑。

3.2.3 支架的下滑傾倒[2-4]

工作面輸送機(jī)的下滑往往會(huì)牽動(dòng)液壓支架的下滑；另外由于煤層傾角的增大，液壓支架在合力力矩的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)而傾倒的可能性急劇增加；現(xiàn)場(chǎng)支架工人操作不當(dāng)，特別是排頭支架和支架尾部的操作，而造成的支架下滑傾倒，支架倒滑后，不能有效支護(hù)頂板，嚴(yán)重時(shí)影響工作面生產(chǎn)。

4 工作面主要技術(shù)安全措施[5]

4.1 支架的防倒、防滑

對(duì)于傾斜煤層大采高綜采工作面，存在的主要問題是工作面大采高液壓支架的防倒防滑，根據(jù)國內(nèi)傾斜煤層綜采工作面開采經(jīng)驗(yàn)，從工作面布置、安設(shè)防倒防滑裝置等方面開展工作：

(1)工作面?zhèn)蝺A斜開采。為防止工作面刮板輸送機(jī)上竄下滑，工作面按偽斜推進(jìn)，機(jī)頭超前機(jī)尾一定距離。根據(jù)張雙樓煤礦開采實(shí)踐，當(dāng)煤層傾角≥25°時(shí)，要求運(yùn)輸巷與切眼夾角成94°布置，即下端頭超前10m。調(diào)面時(shí)移架、推刮板輸送機(jī)工作應(yīng)協(xié)調(diào)及時(shí)，移架、推刮板輸送機(jī)后應(yīng)保證 “三直一平”，切實(shí)做到工作面“七條線”要求。

(2)工作面液壓支架安裝防倒、防滑千斤頂及活動(dòng)側(cè)護(hù)板，防倒、防滑千斤頂采用下端頭3個(gè)支架連鎖，這類裝置是利用支架上裝設(shè)的防倒、防滑千斤頂，在移架時(shí)產(chǎn)生一定的推力，以防止支架傾倒、歪扭，并能進(jìn)行架間調(diào)整。有效地控制了支架的迎山度和支架下滑。另外，在掩護(hù)支架上裝設(shè)的可活動(dòng)側(cè)護(hù)板，除了用于架間防矸外，也具有一定的防倒、調(diào)架作用。

4.2 打密集支柱及掛網(wǎng)

在工作面下出口正對(duì)工作面1050刮板輸送機(jī)頭處，緊靠轉(zhuǎn)載機(jī)的下幫打一排單體密集，共6棵，間距0.5m；密集支柱垂直頂?shù)装?，初撐力不低?1.5MPa，支柱必須穿鐵鞋，支柱與頂板之間墊板皮；每次拉完機(jī)頭，必須重新打好密集支柱并掛好雙層金屬網(wǎng)，否則嚴(yán)禁運(yùn)行工作面刮板輸送機(jī)；密集、掛網(wǎng)時(shí)，工作面上刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、煤機(jī)停電閉鎖。金屬網(wǎng)參數(shù)為5.0m×1.2m，緊貼密集上幫吊掛。

4.3 安設(shè)擋矸簾

擋矸簾采用液壓擋矸簾，工作面大傾角范圍安裝液壓擋矸簾，每道不超過15架，擋矸簾下邊距離工作面刮板輸送機(jī)上面不得超過300mm。煤機(jī)通過時(shí)打開擋矸簾，通過后立即放下?lián)蹴泛?，滯后不得超過5架。擋矸簾損壞后立即更換，工作面?zhèn)溆脫蹴泛煵坏蒙儆?副。

4.4 工作面防滾煤矸

煤矸在刮板輸送機(jī)里飛滾時(shí)，閉鎖1050刮板輸送機(jī)；板輸送機(jī)上方間隔15架設(shè)一液壓擋矸簾；在兩立柱上安裝特制金屬檔矸網(wǎng)；人員走人行道，嚴(yán)禁閑雜人員在支架立柱前方行走或停留；工作面作業(yè)點(diǎn)上方5m處支架下設(shè)置一道擋矸壩，擋矸壩是兩根半圓木傾向平行放置，再橫亙兩根半圓木，半圓木上鋪金屬網(wǎng)，半圓木與半圓木間、金屬網(wǎng)與半圓木間均用8#黑鐵絲系牢捆扎好而成；人員在工作面內(nèi)工作時(shí)，時(shí)刻注意工作面煤幫、頂板和工作地點(diǎn)上方情況。

4.5 防止片幫控制頂板

由于本工作面極易發(fā)生煤壁片幫，首先從管理上加強(qiáng)工作面工程質(zhì)量管理，嚴(yán)格控制工作面采高，杜絕支架超高使用，確保支架處于良好狀態(tài)；發(fā)生片幫后，若端面距大于0.34m，及時(shí)移超前架；若移完超前架后，端面距仍大于0.34m，且不超過1.0m時(shí)，采取用厚120mm的半圓木搭接在支架前梁上挑起護(hù)頂?shù)拇胧?，半圓木前端抵住煤幫，與支架搭接長度不少于0.3m，在煤壁側(cè)半圓木的下方打上單體支柱；若移完超前架后，半圓木護(hù)頂失效時(shí)或端面距大于1.0m時(shí)，則采取過頂做超前檔措施。過頂做超前檔方法：用直徑180mm以上圓木做梁，扶走向棚，圓木搭在支架前梁上，搭接長度不少于0.3m，一架兩棚，一梁兩柱，柱子選用DZ系列單體及穿鐵鞋，拴好防倒繩，梁上用板皮或半圓木接實(shí)背嚴(yán)；頂從頂、幫穩(wěn)定的地點(diǎn)拉茬，自上而下進(jìn)行。清理好退路，確認(rèn)頂板穩(wěn)定安全可靠，方可上梁接頂。過頂期間人員進(jìn)入煤壁區(qū)作業(yè)，工作面刮板輸送機(jī)、煤機(jī)必須停電閉鎖，工作面嚴(yán)禁操作支架，任何與過頂無關(guān)的人員不得進(jìn)入煤壁區(qū)。

5 應(yīng)用效果

通過對(duì)大采高綜采工作面存在問題的分析，結(jié)合9307工作面實(shí)際情況，采取了支架防倒防滑措施、打密集支柱及掛網(wǎng)、安設(shè)擋矸簾、工作面防煤滾矸、防片幫控頂?shù)却胧┯行У奶岣吡斯ぷ髅娴陌踩禂?shù)，避免了頂板事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。9307工作面采用大采高綜采以后，日產(chǎn)量高達(dá)4kt以上，平均月產(chǎn)可達(dá)120kt，與9419綜采放頂煤工作面相比，實(shí)現(xiàn)了傾斜厚煤層開采的高產(chǎn)高效。

[1]孟憲銳,王鴻鵬,劉朝暉,等.我國厚煤層開采方法的選擇原則與發(fā)展現(xiàn)狀[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2009,01:39-44.

[2]賈維志,徐偉.大傾角大采高綜采工作面高產(chǎn)高效實(shí)踐[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,18(03):34-37.

[3]王國法.大采高技術(shù)與大采高液壓支架的開發(fā)研究[J].煤礦開采,2009,14(1):1-4.

[4]寧桂峰,曾明勝.大傾角大采高液壓支架設(shè)計(jì)研究[J].煤礦開采,2011,16(4):71-73.

[5]何天寶.傾斜煤層大采高綜采工作面開采技術(shù)[J].煤礦開采,2011,16(6):30-32.