綜采工作面大角度仰采關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐

羅煥巖　鞏紅林　張強(qiáng)

摘 ?要：大興煤礦S2905厚煤層工作面受地質(zhì)條件影響，始終處于仰采回采。厚煤層大角度仰角開采工藝復(fù)雜，安全管理難度大。工作面開采前對影響回采的各類問題進(jìn)行探索研究（綜機(jī)設(shè)備改造、優(yōu)化回采工藝、煤層層位管控、強(qiáng)化幫頂支護(hù)、規(guī)范操作流程、完善安全技術(shù)措施），并制定了針對性解決方案，克服了大角度仰采一系列難題，實(shí)現(xiàn)了工作面安全回采。厚煤層工作面大角度仰采技術(shù)的成功應(yīng)用，為今后開采類似工作面積累了經(jīng)驗(yàn)并提供了技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：厚煤層;仰采;安全回采

中圖分類號：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）31-0144-02

Abstract： The working face of S2905 thick coal seam in Daxing Coal Mine is always in upside mining and back mining due to the influence of geological conditions. The mining technology of large angle elevation in thick coal seam is complex， and the safety management is difficult. Before mining， all kinds of problems affecting mining are explored and studied （transformation of fully mechanized equipment， optimization of mining technology， management and control of coal seam， strengthening roof support， standardizing operation flow， perfecting safety technical measures）， and targeted solutions are worked out. A series of difficult problems with large angle upside mining are overcome and the safe back-mining of the working face is realized. The successful application of large angle upside mining technology in thick coal seam has accumulated experience and provided technical guarantee for mining similar working faces in the future.

Keywords： thick coal seam; upside mining; safe back-mining

1 概況

大興煤礦S2905工作面位于南二采區(qū)-600m水平，工作面四周均為未采動區(qū)，走向468/656m，傾斜152/190m，煤層厚度4.50～6.80m之間，切眼推進(jìn)468m范圍，平均煤厚6.40m，468m至采止線，平均煤厚4.80m，總儲量140.12萬噸;煤層呈黑色，塊狀構(gòu)造，質(zhì)較純，以長焰煤為主，煤層傾角12～20°，仰采角度8～14°;工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾石0～6層，以粉砂巖和細(xì)砂巖為主，硬度小，頂?shù)装鍘r石情況見表1。

本區(qū)域斷層構(gòu)造發(fā)育，工作面及兩順掘進(jìn)時實(shí)見5條斷層，落差在1.1～5.3m，斷層控制可靠，但對回采有較大影響。工作面“陷落柱”構(gòu)造較發(fā)育，主要由沉積角礫巖塊、煤塊、火成巖塊組成，規(guī)模為3～20m不規(guī)則的圓形，對回采有一定影響。

2 設(shè)備選型

工作面設(shè)備選型：MG650/1640/3.3型采煤機(jī)，裝機(jī)總功率1640kV，切割電機(jī)功率650kV，滾筒直徑2.7m，采高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）;ZY10000/27/56型支撐掩護(hù)式液壓支架，初撐力7726～8041kW，支撐高度2.7/5.6m。

運(yùn)輸順槽設(shè)備選型：ZZD25000-25/50型端頭液壓支架，支撐高度2.5/5m;ZT-9200/27/47型替棚支架，支撐高度2.7/4.7m;PCM250型破碎機(jī)，功率250kW; SZZ1000/525型轉(zhuǎn)載機(jī)，功率525kW。

3 影響安全回采因素

S2905工作面煤層厚度4.50～6.80m之間，平均煤厚4.80m，煤層傾角12～20°，仰采角度8～14°。大采高工作面按此仰采角度回采，對安全回采和綜機(jī)設(shè)備造成極大威脅，主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）工作面大仰角回采，存在大面積片幫和采煤機(jī)甩塊危及下幫作業(yè)人員安全的隱患。（2）大面積片幫造成長時間空頂，極易引發(fā)掉頂、冒頂事故，從而影響工作面安全回采。（3）大角度仰采對綜機(jī)設(shè)備磨損十分嚴(yán)重，設(shè)備檢修工作量大，且作業(yè)難度大。（4）8～14°仰采和12～20°煤層傾角，雙向傾斜增加了機(jī)道作業(yè)及護(hù)幫護(hù)頂作業(yè)的施工難度，也對工作面設(shè)備檢修、生產(chǎn)作業(yè)、人員行走和運(yùn)料等安全工作造成極大威脅，容易導(dǎo)致人身傷害事故。

4 回采方案設(shè)計(jì)

工作面在安裝前，通過綜合評估礦井隱患治理能力和采煤技術(shù)水平，從經(jīng)濟(jì)效益和安全回采兩方面綜合考慮，最終選用ZY10000/27/56型支撐掩護(hù)式液壓支架及配套綜機(jī)設(shè)備進(jìn)行回采的精采細(xì)收方案。

4.1 方案優(yōu)、缺點(diǎn)

工作面選用ZY10000/27/56型支撐掩護(hù)式液壓支架及配套的綜機(jī)設(shè)備回采。優(yōu)點(diǎn)是該架型最大支撐高度5.6m，采高大，回采率高，經(jīng)濟(jì)效益好，延長了工作面回采時間，提高了采區(qū)服務(wù)年限，緩解了采掘接續(xù)緊張的問題。缺點(diǎn)是片幫、采煤機(jī)甩塊等安全隱患多，綜機(jī)設(shè)備磨損嚴(yán)重，檢修工作量大且檢修作業(yè)難度大，不利于安全回采。

4.2 方案預(yù)期效果

S2905工作面選用與煤層厚度相匹配的綜機(jī)設(shè)備回采，雖增加了開采難度，但可提高煤炭回收率，降低噸煤成本，預(yù)計(jì)增收煤炭8～10萬噸。

5 技術(shù)特征

S2905工作面8～14°大角度仰采，生產(chǎn)過程中隨時存在片幫和采煤機(jī)甩塊危及下幫作業(yè)人員安全，大面積片幫發(fā)生頂板事故，機(jī)道作業(yè)及護(hù)幫護(hù)頂作業(yè)安全隱患多，工作面作業(yè)人員易滑易摔等隱患，嚴(yán)重影響安全回采及人身安全。工作面在安裝前通過對綜機(jī)設(shè)備改造，優(yōu)化回采工藝、完善安全措施、規(guī)范操作流程等一系列舉措，確保實(shí)現(xiàn)工作面安全回采。

5.1 綜機(jī)設(shè)備改造

工作面始終處于仰采狀態(tài)，針對綜機(jī)設(shè)備傾斜受力不均導(dǎo)致設(shè)備磨損嚴(yán)重，使用周期縮短;煤壁片幫影響下幫作業(yè)人員安全;落煤時大塊的煤巖容易砸壞綜機(jī)設(shè)備;移動設(shè)備無法按照正常軌跡運(yùn)行等方面問題。采取了改造及加固綜機(jī)設(shè)備措施，確保適應(yīng)工作面開采要求。

（1）采煤機(jī)機(jī)身浮貨防墜裝置。生產(chǎn)過程中片幫及機(jī)身超前移架作業(yè)掉落的煤巖堆積在采煤機(jī)機(jī)身形成堆貨，由于采煤機(jī)機(jī)身向下幫傾斜，在運(yùn)行過程中機(jī)身的浮貨、浮塊掉落在架前，容易砸傷采煤機(jī)附近作業(yè)人員，掉落到電纜槽的煤巖塊也會增加電纜夾運(yùn)行阻力，發(fā)生刮卡造成電纜損壞，影響開機(jī)率。針對此問題采取在采煤機(jī)機(jī)身下幫側(cè)上沿加設(shè)防墜擋矸裝置（高度在400mm），減少掉貨量，保證了人員安全和生產(chǎn)順暢。（2）采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴耐磨加固。采煤機(jī)裝機(jī)重量達(dá)85T，機(jī)身傾斜角度與仰采角度相同，兩個導(dǎo)向滑靴承重增加磨損加快，縮短了導(dǎo)向滑靴使用周期增加了檢修工作量。根據(jù)導(dǎo)向滑靴既要保證耐磨強(qiáng)度，又要保證韌性要求，通過對原有導(dǎo)向滑靴磨損面補(bǔ)焊高強(qiáng)度鋼板，增加耐磨使用周期，減少導(dǎo)向滑靴更換頻次。（3）采煤機(jī)電纜夾防出槽裝置。電纜夾在運(yùn)行過程中，機(jī)頭機(jī)尾和中間折返位置受重心影響容易掉落到下幫，發(fā)現(xiàn)不及時即可能造成電纜損壞影響生產(chǎn)。通過對電纜夾折返位置安設(shè)防出槽加高板，并在加高板板面固定防滑膠墊，可防止電纜夾掉落和竄動。（4）片幫擋貨裝置。工作面煤幫形成傘檐，受重心和煤層裂隙影響煤幫極易片幫，片幫的煤巖塊容易落到架內(nèi)或落到架前經(jīng)彈射二次落入架內(nèi)，這一隱患嚴(yán)重威脅架內(nèi)作業(yè)人員人身安全。采取安設(shè)片幫擋貨裝置，保證了架內(nèi)作業(yè)人員安全。此裝置是將膠帶通過固定架安裝在液壓支架2個大柱之間（高度1.2m），每3架一組，每組之間留有1架不安設(shè)，便于人員通行。（5）人員防滑、防倒裝置。受8～14°仰采和12～20°煤層傾角雙向傾斜角度影響，工作面人員作業(yè)及行走非常困難，滑倒摔倒概率極高。通過在架內(nèi)腳踏板下四角安設(shè)可調(diào)高度的螺栓，用調(diào)高螺栓調(diào)整腳踏板成水平面，使液壓支架腳踏板成樓梯臺階狀，便于人員作業(yè)和行走。

5.2 生產(chǎn)工藝

厚煤層大角度仰采工作面與普通采煤工作面相比，隱患多，安全管理難度大。針對制約安全生產(chǎn)的各類隱患，通過完善生產(chǎn)工藝、加強(qiáng)層位管控，采取針對性安全管理措施，保證安全回采。

（1）單向割煤。生產(chǎn)過程中由于采高較大且仰采原因，工作面出現(xiàn)大面積片幫和采煤機(jī)甩塊，對機(jī)身附近的作業(yè)人員人身安全構(gòu)成威脅。采用單向割煤生產(chǎn)工藝，采煤機(jī)從機(jī)尾向機(jī)頭割煤，只割頂?shù)?，不收底刀，頂?shù)哆^后及時移架支護(hù)，減少煤壁上半部片幫量，采煤機(jī)收底刀時支架一級護(hù)幫板不收回。即使發(fā)生片幫，煤巖塊也掉不到下幫，起到保護(hù)設(shè)備和人員安全的作用。（2）層位管控。工作面層位按煤層頂板回采，回采過程中通過分析研究S2905地質(zhì)資料并結(jié)合兩順巷道坡度，分區(qū)段制定仰采抬底角度，將仰采角度控制在10～12°合理范圍。（3）地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域?qū)游豢刂?。工作面斷層非常發(fā)育，斷層區(qū)域?qū)游话聪卤P頂板回采，破上盤頂板巖石過渡，禁止頂板留煤，防止發(fā)生內(nèi)因火災(zāi)。（4）頂板管理。頂板管理是安全回采的關(guān)鍵，也是影響回采率高低的決定因素。通過控制采高，掌握周期壓規(guī)律，保證液壓支架支護(hù)狀態(tài)和初撐力，正確使用液壓支架護(hù)幫板和伸縮梁，片幫區(qū)域及時超前移架等，保證了頂板穩(wěn)固。（5）綜機(jī)設(shè)備維護(hù)使用。設(shè)備檢修側(cè)重于大角度仰采對設(shè)備磨損嚴(yán)重的部位，設(shè)備處于傾斜狀態(tài)部件連接銷軸和螺栓容易出現(xiàn)斷裂竄出等關(guān)鍵部件。另外，強(qiáng)化生產(chǎn)過程中的設(shè)備使用管理，嚴(yán)格按照設(shè)備使用流程操作，杜絕綜機(jī)設(shè)備帶病運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.3 安全管理措施

厚煤層大角度仰采工作面與普通采煤工作面相比，制約安全回采的因素增多，常規(guī)采煤作業(yè)規(guī)程和安全技術(shù)措施無法指導(dǎo)安全回采。針對厚煤層大角度仰采帶來的各類安全隱患，通過完善作業(yè)規(guī)程和安全技術(shù)措施，制定采煤工作面作業(yè)人員安全站位管理辦法，實(shí)現(xiàn)工作面的安全回采。

6 取得成果

（1）S2905厚煤層工作面大角度仰采技術(shù)的成功實(shí)施，增收煤炭8.1萬噸，增加經(jīng)濟(jì)效益530萬元。（2）厚煤層大角度仰采技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了精采細(xì)收，增加了經(jīng)濟(jì)效益。同時，緩解采掘接續(xù)緊張的局面，延長了礦井服務(wù)年限。（3）通過對現(xiàn)有綜機(jī)設(shè)備改造，提高了綜機(jī)設(shè)備適應(yīng)采場條件的能力，實(shí)現(xiàn)了綜機(jī)設(shè)備逐漸向本質(zhì)安全型的轉(zhuǎn)變。（4）圍繞厚煤層大角度仰采帶來的各種弊端采取針對性措施，取得了較好的效果，為今后開采類似工作面積累了經(jīng)驗(yàn)并提供了技術(shù)保障。

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