厚煤層綜采工作面收尾技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐

劉強(qiáng) 賈龍淼 鞏紅林

摘 要：鐵煤集團(tuán)大興煤礦開采厚煤層已有10余年時(shí)間，累計(jì)回采煤炭2000余萬噸。從2008年N2903首個(gè)大采高工作面開采至今，經(jīng)過多年的探索與實(shí)踐，克服了厚煤層開采的一系列難題，尤其是對(duì)大采高綜采工作面收尾期間的回采工藝、層位管理、幫頂支護(hù)、安全措施及設(shè)備回撤等方面，積累了豐富的開采經(jīng)驗(yàn)。極大縮短了工作面收尾工程時(shí)間，滿足了采空區(qū)防火要求，實(shí)現(xiàn)了工作面安全回撤。

關(guān)鍵詞：大采高；鋪網(wǎng)；劈幫；頂板支護(hù)；煤層

中圖分類號(hào)：TD421 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）27-0157-02

Abstract： Iron Coal Group Daxing Coal Mine has been mining thick coal seam for more than 10 years， with a total recovery of more than 2000 tons of coal. Since N2903's first large mining height working face was mined in 2008， a series of difficult problems in thick coal seam mining have been overcome through years of exploration and practice. Especially for large mining height fully mechanized mining face during the end of the mining process， layer management， roof support， safety measures and equipment withdrawal and other aspects， accumulated rich mining experience. The maximum fully-mechanized coal mine shortens the working face finishing project time， satisfies the goaf fire prevention request， and realizes the safe withdrawal of the working face.

Keywords： large mining height； net laying； split wall； roof support； coal seam

1 概況

S2905工作面煤層厚度在4.50～6.80m之間，平均煤厚4.80m，儲(chǔ)量140.12萬噸。煤層呈黑色，塊狀構(gòu)造，質(zhì)較純，以長(zhǎng)焰煤為主，煤層傾角12～20°。工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含夾石0～6層，夾石厚度在0.07～0.77m之間，以粉砂巖和細(xì)砂巖為主，硬度小。直接頂為粉砂巖和細(xì)砂巖，厚度5.86m，灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，硬度為4，局部有火成巖發(fā)育。老頂為粗砂巖和中砂巖，厚度11.14m，灰白色，成份以石英為主，砂質(zhì)膠結(jié)，硬度為5。底板以粉砂巖為主，厚度4m，灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，硬度為4。工作面“陷落柱”構(gòu)造較發(fā)育，主要為沉積角礫巖塊、煤塊、火成巖塊組成，大小不一，規(guī)模為3～20米寬不規(guī)則的圓形，形成無煤區(qū)，對(duì)工作面的回采有一定影響。

2 設(shè)備選型

大興煤礦開采厚煤層工作面已有十幾年回采歷史，經(jīng)過多年的探索實(shí)踐，在大采高工作面綜機(jī)設(shè)備選型及配套方面，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，綜機(jī)設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性得到了顯著的提升，實(shí)現(xiàn)了工作面安全高效回采，以下是S2905大采高工作面的配套的綜機(jī)設(shè)備：

MG650/1620/3.3型采煤機(jī)，裝機(jī)總功率1620kV，切割電機(jī)功率650kV，滾筒直徑2.7m，采高范圍3.2～5.13m；SGZ1000/2×855/3.3型刮板輸送機(jī)， 裝機(jī)功率2*855kW（雙速）；PCM250型破碎機(jī)，功率250kW； SZZ1000/525型轉(zhuǎn)載機(jī)，功率525/263kW。電器設(shè)備電壓等級(jí)均為3300V。ZY10000/27/56 型掩護(hù)式液壓支架， 中心距1.75m，初撐力達(dá)到7726～8041kN，支撐高度2.7/5.6m（最低/最高）；ZZD25000-25/50型端頭液壓支架，支撐高度2.5/5m（最低/最高）；ZT-9200/23/47型替棚支架，支撐高度2.3/4.7m（最低/最高）。

3 收尾準(zhǔn)備工作

3.1 層位管理

（1）大采高工作面正常回采時(shí)采高在5.1m，距采止線30m時(shí)，調(diào)整工作面層位，沿煤層頂板回采，采取抬底留底煤措施，采高降低到3.8m，給引網(wǎng)創(chuàng)造條件。（2）工作面遇有斷層地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，以正斷層為例：斷層上、下盤層位按下盤頂板回采，破上盤頂板巖石過渡，過渡長(zhǎng)度根據(jù)斷層落差決定，保證相鄰液壓支架頂梁高差不超過2/3。（3）大采高工作面順槽高度受工作面動(dòng)壓影響，因此要考慮頂?shù)装逑鲁恋坠牧浚崆把a(bǔ)強(qiáng)拉底，保證工作面前后端頭高度不低于3.5m。

3.2 頂板管理

（1）引網(wǎng)前調(diào)整液壓支架狀態(tài)，保證支架接頂嚴(yán)密并達(dá)到初撐力，充分利用液壓支架伸縮梁和護(hù)幫板，避免空幫空頂，提前處理液壓支架頂梁背貨隱患，確保引網(wǎng)時(shí)頂板完整。（2）兩順動(dòng)壓影響區(qū)域提前采取補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，在距采止線20m開始補(bǔ)打Ф28.6×6200mm錨索，間排距視頂板狀況而定。頂板壓力大且破碎時(shí)，提前在端頭架停移位置頂板穿插梁棚，間距0.8-1m，鋼梁長(zhǎng)不小于4.2m，梁端靠近順槽上幫側(cè)，搭在過渡架頂梁上，確保端頭液壓支架回撤頂板安全。

4 鋪網(wǎng)技術(shù)管理

4.1 準(zhǔn)備工作

（1）工作面回采到預(yù)定鋪網(wǎng)位置，液壓支架拉齊成線，如幫頂狀態(tài)較好時(shí)，不拉超前架。（2）頂板破碎支架前梁無法嚴(yán)密接頂時(shí)，引網(wǎng)前在支架頂梁前端施工頂錨桿，錨桿規(guī)格Φ22×1600mm全螺紋等強(qiáng)錨桿，并上好托盤螺母，每1～2架布置1根。（3）工作面 3.8m采高給引網(wǎng)作業(yè)造成一定困難，另外3.8m采高易片幫造成空頂，考慮到這一因素，引網(wǎng)前采煤機(jī)在割最后一遍煤幫時(shí)，只割頂?shù)?，留底刀，在煤幫?.2m臺(tái)階。

4.2 技術(shù)參數(shù)

（1）鋪網(wǎng)長(zhǎng)度為工作面全長(zhǎng)（包括兩順槽寬度），寬度為液壓支架長(zhǎng)度和網(wǎng)落采空區(qū)矸石壓網(wǎng)的寬度，共計(jì)10.4m。（2）鋪網(wǎng)采用柔性菱形金屬網(wǎng)并用鋼絲繩對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。金屬網(wǎng)的規(guī)格為10×1.8m，金屬網(wǎng)兩端與兩順槽下幫側(cè)幫網(wǎng)連接。鋪網(wǎng)上11道鋼絲繩，液壓支架頂梁6道，尾梁5道，每道間距均為600mm。鋼絲繩規(guī)格為φ21.5mm，鋼絲繩兩端與兩順槽下幫側(cè)頂端幫錨桿固定。（3）引網(wǎng)為單層金屬網(wǎng)，為確保設(shè)備拆除時(shí)支護(hù)效果，從第二片金屬網(wǎng)中間位置開始之后均為雙層網(wǎng)。金屬網(wǎng)單層網(wǎng)橫向搭接0.2m，雙層網(wǎng)橫向搭接0.9m，單、雙層網(wǎng)縱向搭接均為0.2 m。金屬網(wǎng)扣間距0.2m，鋼絲繩網(wǎng)扣間距0.5m，鏈網(wǎng)均采用12#鐵線。

4.3 引網(wǎng)、鋪網(wǎng)

（1）工作面較長(zhǎng)，引網(wǎng)可分組作業(yè)。引網(wǎng)采取調(diào)整支架平衡缸和收伸縮梁方式，具體步驟：調(diào)整支架平衡缸（使支架頂梁前端與頂板形成0.3m縫隙）→收支架伸縮梁→將金屬網(wǎng)拽上支架頂梁→金屬網(wǎng)固定在架前頂板錨桿上（如頂板破碎在距金屬網(wǎng)頭0.3m位置捆綁1排2寸鐵管）→打出支架伸縮梁→調(diào)整支架平衡缸并升實(shí)支架→同理依次完成引網(wǎng)工作。（2）引網(wǎng)結(jié)束，鏈接第二、第三片金屬網(wǎng)。鏈接網(wǎng)寬度要適中，過寬影響割煤移架，過窄影響鏈接下一片金屬網(wǎng)。（3）鏈網(wǎng)結(jié)束，打出支架護(hù)幫板并收回伸縮梁，將金屬網(wǎng)用鐵線與支架護(hù)幫板起吊眼固定，收回支架護(hù)幫板，采煤機(jī)開始割煤。如煤幫片幫超過0.8m，且長(zhǎng)度超過5組支架，必須超前移架。采煤機(jī)割煤后，距離后滾筒3組支架剪斷吊網(wǎng)鐵線，正常移架。（4）鋪網(wǎng)過程中，遇頂板破碎支架頂梁背貨多或局部掉頂支架無法充分接頂時(shí)，在支架頂梁與金屬網(wǎng)之間鋪4寸鐵管或18kg鐵道，鐵管或鐵道與金屬網(wǎng)用鐵線連接，排數(shù)根據(jù)頂板狀況而定，排距0.8m。

5 劈幫技術(shù)管理和支護(hù)設(shè)計(jì)

5.1 劈幫工藝

（1）金屬網(wǎng)從液壓支架尾梁落下并被采空區(qū)冒落矸石壓住網(wǎng)頭，工作面液壓支架拉直成線，前后端頭液壓支架超前0.8m，移架停止開始劈幫。根據(jù)液壓支架拆除及運(yùn)輸要求，工作面劈幫寬度為4m，運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾抹角長(zhǎng)度為7m，寬度為1.4m。（2）每遍劈幫長(zhǎng)度根據(jù)工作面頂板巖性、幫板狀況、支護(hù)進(jìn)度以及施工單位支護(hù)作業(yè)人員而定，如支護(hù)作業(yè)人員充足且?guī)晚斖旰?，每遍幫劈幫長(zhǎng)度可以是工作面全長(zhǎng)。（3）根據(jù)液壓支架拆除要求，工作面劈幫高度保證在4m，如工作面頂板壓力大，底鼓量大，適當(dāng)增大采高。（4）劈幫采高4m，為避免片幫造成空頂，采取單向割煤工藝。劈幫時(shí)割每遍幫，只割頂?shù)?，不割底刀，煤幫?.5m臺(tái)階，此舉措也便于安設(shè)支護(hù)作業(yè)平臺(tái)，待支護(hù)作業(yè)結(jié)束，再割底刀，進(jìn)行下一循環(huán)劈幫作業(yè)。

5.2 劈幫支護(hù)設(shè)計(jì)

（1）工作面劈幫正常支護(hù)參數(shù)如表1。（2）劈幫特殊支護(hù)方式；劈幫作業(yè)受頂板巖性、煤柱變小及空頂空幫影響，工作面頂板容易出現(xiàn)局部抽條和掉頂問題。對(duì)于掉頂范圍小且高度低于2m，直接采取加密錨索布置的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式。如掉頂范圍較大，高度超過2m，采取施工懸臂梁的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式，懸臂梁采用4m工字鋼（在懸臂梁一端0.5米位置制作φ24mm固定錨索孔），懸臂梁一端直接搭在液壓支架頂梁上，另一端與施工45°幫錨索固定，懸臂梁間距為0.8～1m，懸臂梁上使用木拌鋪嚴(yán)，防止頂板冒落漏貨。

5.3 抹角支護(hù)

（1）抹角支護(hù)方式：抹角位置在巷道三角區(qū)域，頂板暴露面積大，壓力集中，需采取補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。（2）頂板完整，采取加密錨索布置的補(bǔ)強(qiáng)方式，錨索間排距均為1m。如錨索強(qiáng)度不足，則改用φ28.6×8300mm高強(qiáng)度錨索。（3）頂板壓力較大，原有支護(hù)無法滿足支護(hù)強(qiáng)度時(shí)，采取懸臂梁補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，梁排距為1m，懸臂梁長(zhǎng)4～5.5m（在懸臂梁上均勻制作φ24mm固定錨索孔），梁一端搭在支架頂梁上，另一端通過頂錨索固定在頂板下。

6 取得成果及技術(shù)創(chuàng)新措施

6.1 取得成果

（1）通過采取有效的措施，極大綜短了大采高綜采工作面鋪網(wǎng)劈幫收尾工程時(shí)間，190m工作面收尾工程僅用10～12個(gè)原班完成。（2）大興煤礦煤炭自燃發(fā)火期極短，縮短大采高工作面收尾工程時(shí)間，不僅給綜機(jī)設(shè)備安全拆除贏得了時(shí)間，也滿足了采空區(qū)防火要求。（3）通過多年的探索和實(shí)踐，制定并完善了大采高綜采工作面鋪網(wǎng)劈幫安全技術(shù)措施。從2008年至今大興煤礦已開采10余個(gè)大采高工作面，未發(fā)生1起安全事故，實(shí)現(xiàn)了大采高綜采工作面安全收尾。

6.2 技術(shù)創(chuàng)新

（1）大采高綜采工作面影響收尾工程進(jìn)度和安全工作的關(guān)鍵是工作面幫頂狀態(tài)。為有效控制幫頂完整，采取單向割煤工藝，鋪網(wǎng)劈幫時(shí)采煤機(jī)只割頂?shù)?，不割底刀，煤幫?m臺(tái)階，避免了片幫空頂隱患，也給引網(wǎng)鏈網(wǎng)及支護(hù)作業(yè)創(chuàng)造了條件。（2）工作面引網(wǎng)作業(yè)極易造成頂板抽條及液壓支架不接頂問題，影響引網(wǎng)安全和引網(wǎng)效果。采取在液壓支架頂梁前端施工錨桿的方式，通過主動(dòng)支護(hù)解決了頂板隱患，同時(shí)將網(wǎng)頭固定在錨桿上，避免了移架時(shí)液壓支架接頂不嚴(yán)導(dǎo)致金屬網(wǎng)隨支架前移吃網(wǎng)困難的問題。

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