低采高孤島綜采工作面回采技術(shù)研究

劉照輝

（平煤二礦，河南 平頂山 467000）

隨著采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，礦井大型設(shè)備設(shè)施及新技術(shù)、新工藝不斷被應(yīng)用，二礦己組煤層的回采由普炮采逐漸發(fā)展到綜合機(jī)械化回采，由不規(guī)則小儲(chǔ)量采面逐漸發(fā)展到長(zhǎng)走向、大儲(chǔ)量工作面回采。受不規(guī)則工作面采空區(qū)的影響，工作面回采期間的難度增加。經(jīng)過(guò)相關(guān)工作人員不斷的探索和實(shí)踐，成功解決了低采高孤島綜采工作面回采期間遇到的技術(shù)難題。

1 概況

己17-22082綜采工作面回采屬二疊系下石盒子組己17煤層，走向長(zhǎng)1450m，采長(zhǎng)180m；煤層厚度為1.4～1.9m，平均采高為1.7m，局部受斷層影響出現(xiàn)薄煤帶。煤層直接頂為灰黑色砂質(zhì)泥巖（厚1.0～2.1m）、煤線（厚0.1m）和粉砂巖（厚1.5m）互層，總厚度為2.5～3.6m；底板為2.5m灰色砂質(zhì)泥巖。煤層自然發(fā)火期為3～6個(gè)月。

工作面采用ZY4000-12/25型液壓支架支護(hù)頂板，MG250/600-AWD型采煤機(jī)落煤，SGZ-764/500型運(yùn)輸機(jī)、40t改造型轉(zhuǎn)載機(jī)配合SD-800型膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸煤炭。

2 需要解決的問(wèn)題

（1）該工作面上部和下部均為采空區(qū)，屬典型的回采下分層孤島工作面，且煤層底板松軟、遇水膨脹，需要研究巷道變形機(jī)理、解決支護(hù)問(wèn)題。

（2）工作面巷道變形嚴(yán)重，若移動(dòng)變電站及設(shè)備列車(chē)布置距工作面較遠(yuǎn)，工作面設(shè)備和液壓動(dòng)力供應(yīng)受液壓降和電壓降影響，難以保證工作面額定的壓力和電力供應(yīng)，因此需要解決液壓系統(tǒng)和供電系統(tǒng)布置問(wèn)題。

（3）出于節(jié)支降耗、提高材料復(fù)用率的需要，需研究解決巷道內(nèi)拱形鋼梁棚維修及回收復(fù)用問(wèn)題。

（4）革新回采工藝，研究解決低采高三軟煤層有效控制端頭、巷道超前及工作面頂板支護(hù)問(wèn)題。

（5）解決工作面推進(jìn)期間管纜長(zhǎng)距離吊掛拉移困難、容易損壞的問(wèn)題。

3 解決辦法

3.1 礦壓觀測(cè)

設(shè)置固定專(zhuān)職監(jiān)測(cè)工，記錄工作面支柱載荷觀測(cè)、巷道圍巖變形觀測(cè)、液壓支架活柱下縮量觀測(cè)及頂板離層在線觀測(cè)結(jié)果。技術(shù)人員及時(shí)分析數(shù)據(jù)，總結(jié)礦壓規(guī)律，掌握采面推進(jìn)情況，適時(shí)預(yù)報(bào)巷壓及頂板支護(hù)效果，并及時(shí)采取加強(qiáng)支護(hù)措施，從而達(dá)到對(duì)頂板進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)監(jiān)控的目的。

3.2 頂板管理

（1）巷道頂板支護(hù)及后期維護(hù)。分析孤島工作面巷道頂壓和側(cè)壓都較大的原因，采取以下措施：①工作面頂板為復(fù)合頂，局部為己16煤層回采后形成的銹接頂板，不適合采用錨網(wǎng)（錨索）支護(hù)；比較剛性梯形金屬支架支護(hù)與柔性拱形鋼支架支護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)選拱形可縮性支架支護(hù)。②支架間距縮小為0.5m，增加支護(hù)密度。③煤壁泄壓。對(duì)于局部側(cè)壓較大的地段采取松幫卸壓，同時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。在原支護(hù)棚基礎(chǔ)上采取每隔8～10m在兩幫變形的棚腿處松幫，超過(guò)變形的棚腿范圍，然后在棚腿里側(cè)架設(shè)三角木垛，頂?shù)捉Y(jié)實(shí)，增加支護(hù)強(qiáng)度。④超前工作面50m拱形支架打中柱加強(qiáng)支護(hù)。

（2）工作面端頭頂板支護(hù)。工作面端頭既是壓力集中三角區(qū)，又是頂板支護(hù)的軟弱區(qū)，設(shè)備多、控頂面積大，容易出現(xiàn)反復(fù)松動(dòng)的情況。對(duì)此，采取“兩對(duì)四根”花邊工字鋼梁，邁步使用，以加強(qiáng)端頭頂板支護(hù)。

（3）工作面頂板支護(hù)。工作面回采期間，工作面支護(hù)采用及時(shí)帶壓擦頂拉移支架，確保支架初撐力；杜絕空頂及端面距超過(guò)200mm的現(xiàn)象發(fā)生，及時(shí)利用竹笆、木料或鋼網(wǎng)片等閉幫控頂、堵漏。①及時(shí)支護(hù)。采煤機(jī)割煤后不超過(guò)4架支架（約6m）的距離內(nèi)，及時(shí)移架，后推移輸送機(jī)。移架后及時(shí)護(hù)幫護(hù)頂，防止煤壁片幫或出現(xiàn)空頂。②超前支護(hù)。正常移架期間，若出現(xiàn)頂板破碎不能維護(hù)或嚴(yán)重煤壁片幫問(wèn)題，采煤機(jī)割煤前移架，減小梁端距或使支架頂梁前端緊貼煤壁，減小頂板裸露面積。③帶壓擦頂移架。移架時(shí)，單體液壓支柱配合拉架，即支架仍保持一定的工作阻力，頂梁緊貼頂板帶壓擦頂前移，并堅(jiān)持“少降快拉、及時(shí)升牢”，以減輕移架時(shí)頂板巖層的活動(dòng)，降低因移架而造成的頂板破壞程度。④鋪網(wǎng)護(hù)頂。在支架頂梁上鋪金屬網(wǎng)片，防止破碎頂板漏矸傷人。⑤支架前梁上方架走向梁支護(hù)。在煤壁靠頂板處掘一梁窩，將走向梁的一端架在煤壁上，另一端架在支架的頂梁上。如果煤壁容易片幫，則煤壁上不適宜或不能掘梁窩，可在緊貼煤壁打臨時(shí)貼幫柱代替煤壁梁窩支撐走向梁，走向梁上鋪金屬網(wǎng)下，使支架在走向梁及金屬網(wǎng)的掩護(hù)下前移。

3.3 回采期間兩巷超前鋼梁棚的回收

超前工作面10～15m替棚，替棚時(shí)先臨時(shí)支護(hù)，再回腿回梁，即利用Ф300mm×3000mm圓木配合單體液壓支柱（一梁三柱）替掉原拱形鋼梁棚。隨著工作面的推進(jìn)，待木棚進(jìn)入切頂排，及時(shí)回收木梁及棚腿。

3.4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備排放

（1）運(yùn)輸巷設(shè)備設(shè)施布置。①控制工作面采煤機(jī)、前后部輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的組合開(kāi)關(guān)，工作面通信、控制工作面照明開(kāi)關(guān)等布置在轉(zhuǎn)載機(jī)落地段。將上述設(shè)備安裝在轉(zhuǎn)載機(jī)上方固定的蓋板上，強(qiáng)化膠帶輸送機(jī)的承載段后，隨轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭整形框架一同拉移。②管纜吊掛在轉(zhuǎn)載機(jī)上幫特殊加工的管纜吊掛裝置內(nèi)，與轉(zhuǎn)載機(jī)同步滑移。

（2）回風(fēng)巷設(shè)備設(shè)施布置。工作面回風(fēng)巷掘進(jìn)期間每隔300m布置一個(gè)車(chē)場(chǎng)，鋪雙道，隨著工作面的推進(jìn)，距工作面二次動(dòng)壓影響范圍外，把設(shè)備列車(chē)和移動(dòng)變電站布置在車(chē)場(chǎng)內(nèi)的輔助軌道位置，即在動(dòng)壓來(lái)臨巷道嚴(yán)重變形前及時(shí)拉移到下一個(gè)車(chē)場(chǎng)。

3.5 分析解決工作面壓力降

長(zhǎng)距離供液需要解決三方面問(wèn)題：一是管路損失（主要是管壁流動(dòng)能量的損失）；二是壓力波動(dòng)引起的管路脈動(dòng)（壓力不穩(wěn)造成管路顫動(dòng)損耗的機(jī)械能）造成的液壓能損耗；三是杜絕工作面液壓系統(tǒng)跑、冒和滴漏現(xiàn)象造成的液壓能損耗。

3.6 液壓系統(tǒng)管理

（1）液壓系統(tǒng)布置。①距工作面超前20m范圍內(nèi)，在泵站側(cè)Ф50mm液壓管路和支架的Ф38mm液壓管路相連接處安裝一個(gè)NXQ-L40/320-A型液壓蓄能器，減少因管路壓力不穩(wěn)造成的管路壓力脈動(dòng)能量損失；②進(jìn)液、回液液壓膠管采用DN系列液壓膠管，由傳統(tǒng)的Ф25mm和Ф32mm分別變?yōu)椐?8mm和Ф50mm，加大管路直徑，減小液壓能的損耗；③液壓泵由WRB-200/31.5型改為大流量液壓泵WRB-315/31.5型，確保工作面壓力供應(yīng)；④液壓件，液壓膠管的公稱(chēng)承壓能力在35MPa以上，管接頭處承壓能力不小于35MPa；⑤回風(fēng)巷長(zhǎng)距離液壓管路系統(tǒng)每隔50m設(shè)置一處截止閥，控制液壓管路，以便更換膠管或密封件，減少泵液流失；⑥工作面設(shè)置兩趟高壓供液管，工作面上半部分支架操作時(shí)，下部停止高壓供液，反之，停止上半部分支架供液。

（2）效果檢驗(yàn)。受供液距離較長(zhǎng)影響，無(wú)法取得合理的理論計(jì)算數(shù)據(jù)，為此，進(jìn)行了移架速度的測(cè)試，經(jīng)測(cè)試后發(fā)現(xiàn)液壓泵站布置在超前100m外，在巷道允許變形范圍內(nèi)，經(jīng)改造后的供液系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)追機(jī)分組移架，進(jìn)而滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。

3.7 供電系統(tǒng)

（1）分析工作面負(fù)荷分配。通過(guò)變電站的容量計(jì)算和選擇，饋電開(kāi)關(guān)、磁力啟動(dòng)器、電氣設(shè)備選型及電纜的選擇，分析電壓降，確定額定供電距離。

（2）移動(dòng)變電站布置在緊隨設(shè)備列車(chē)外、距工作面的供電距離不超過(guò)300m位置，減少了工作面供電距離，確保了工作面的供電電壓。

3.8 解決管纜吊掛拖移問(wèn)題

針對(duì)因超前管纜鋪設(shè)布置較長(zhǎng)而造成長(zhǎng)距離吊掛拉移困難、容易損壞的問(wèn)題，實(shí)行分段解決措施。里段巷道變形相對(duì)較嚴(yán)重的范圍，在工作面超前50m里段創(chuàng)新設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易可滑移管纜吊掛裝置，解決了復(fù)雜條件下管纜吊掛拖移問(wèn)題；50m外布置4輛特殊加工的“花車(chē)”組成的電纜列車(chē)組，并分成兩組，編號(hào)管理，1號(hào)組負(fù)責(zé)裝運(yùn)里段回移的管纜，2號(hào)組負(fù)責(zé)裝運(yùn)外段管纜車(chē)推進(jìn)結(jié)余的管纜；管纜車(chē)外段使用電纜鉤按規(guī)定吊掛，以備下次移動(dòng)設(shè)備列車(chē)和移動(dòng)變電站時(shí)重新吊掛使用。

4 結(jié)論

通過(guò)以上問(wèn)題的解決，達(dá)到了有效管理工作面頂板的目的，實(shí)現(xiàn)了安全無(wú)事故的管理目標(biāo)；供液、供電系統(tǒng)安全可靠，沒(méi)有因供液壓力不足而影響工作面液壓支架正常工作面，也沒(méi)有發(fā)生供電施工而影響生產(chǎn)；優(yōu)化工作面回采工藝，提高了工作面推進(jìn)速度和回采效率，該工作面平均月單產(chǎn)達(dá)到8.2萬(wàn)t，創(chuàng)已組綜采工作面最好月產(chǎn)記錄。