綜采放頂煤工作面常見問題分析與解決方法研究

尹彥鑫

（晉能控股煤業(yè)集團白洞礦業(yè)大同有限公司，山西 大同 037000）

引言

在綜采放頂煤采煤技術(shù)的應(yīng)用中，回采工作面極易被以下因素影響：條件較差的煤層賦存和相對復(fù)雜的地質(zhì)開采環(huán)境，以致發(fā)生瓦斯?jié)舛却蠛椭Ъ艿股踔镣嵝?，還有漏頂和煤壁片幫的后果，無法進行安全生產(chǎn)和正?；夭晒ぷ髅?。因此，以晉能控股煤機集團某礦3號煤層為例，重點分析了綜采放頂煤面對瓦斯?jié)舛却蠛偷刭|(zhì)復(fù)雜情況的相關(guān)原因并提出相應(yīng)的對策。

1 開采放頂煤概述

1.1 工作面

某礦煤層3號的厚度在3.0~6.0 m內(nèi)，所以大約可達4.7 m的平均厚度，具備相對簡單的煤層結(jié)構(gòu)，上部透氣性不是很好，因為是黃土和粉末狀，中部是泥巖夾矸，厚度約為0.1~0.2 m，煤層存在0.97的變異系數(shù)，而下部一般是粉末和碎塊狀。掘進方向順著煤層頂板進風(fēng)順槽，可以進風(fēng)以及運輸煤炭和行人。巷道支護選擇了錨網(wǎng)索梁，具備3 000 mm的斷面凈高和4 600 mm的斷面凈寬。頂板工作面選擇液壓支架的型號是ZF4000/14/28，支護型號是ZFG4800/19/30，支架支撐高度具有1.4 m的最小值和2.8 m的最大值。布置工作面是2.0 m的采高和150 m的長度，頂煤選擇2.7 m的厚度，當(dāng)1：1.35采放比時，可達93%的回采率。開采方式選擇后退式傾斜長壁俯斜模式，采煤機械化綜合放頂煤時，放頂煤緊隨割刀煤后進行，管理頂板的作業(yè)模式是“一采一放”的全部垮落法[1]。

1.2 放頂煤具體操作過程

綜放工作面割煤方式是單向斜切從端部進刀，而落煤得割煤方式則是雙向的，因為其采煤機為雙滾筒模式，上部煤的割煤方式利用前滾筒，下部煤的割煤方式利用后滾筒，最后刮板前部輸送機把最終的落煤運出，刮板前部工作面的輸送機還可以利用推溜過程鏟入余煤，而礦山壓力將頂煤冒落破碎后順著支架切頂線下來，再利用自溜自裝模式下的尾梁支架放煤口達到運輸機的后部刮板。采煤放頂?shù)闹饕鞒贪╗2]：維護端頭并檢修機電，接著注水煤層并完成割煤和幫板的收護，在進行支護前探后將護幫板打開，然后輸送機推前部，緊接著伸縮梁收回去，完成移架后再放頂煤，最后一步是輸送機拉后部。

2 開采放頂煤常見現(xiàn)象

2.1 發(fā)生嚴重的漏頂及煤壁片幫情況

因為工作面進行放頂煤時會遇到較厚的煤層，在煤質(zhì)松軟環(huán)境中的煤機進行割煤時極易出現(xiàn)煤壁片幫現(xiàn)象，頂煤冒落主要因為較大的端面距，所以最終出現(xiàn)了漏頂現(xiàn)象。煤機割煤因煤質(zhì)松軟出現(xiàn)的漏頂和煤壁片幫后，無法在支護煤壁環(huán)節(jié)將護幫板打開；此外，而且下扎支架前因為較薄的頂煤而無法有效地托住，頂煤冒落便出現(xiàn)在拉架環(huán)節(jié)；另外漏頂和煤壁片幫還與采高超高以及支架接頂不實有關(guān)。

2.2 極易出現(xiàn)支架倒架

當(dāng)支架頂?shù)讻]有嚴密貼合時，會因不均衡的受力和互相制約的兩個支架而出現(xiàn)采煤工作面出現(xiàn)支架倒架的后果。頂煤部分發(fā)生片幫主要是因為采高較高出現(xiàn)的，此時移架極易出現(xiàn)倒架也是因為未完美貼合頂部；割煤后的拉架支護不及時也會出現(xiàn)漏頂?shù)辜艿暮蠊?；操作完成后必須及時將手把歸零，否則支架在移動或者下降上升時便會交錯重疊支架。頂?shù)装逵龅狡扑轫敯迳踔翑鄬訁^(qū)域，因圓木接頂不及時和不平整的平面，會出現(xiàn)個別歪斜支架，當(dāng)操作不當(dāng)或者不及時恢復(fù)支架未便會出現(xiàn)大面積的歪斜倒架。整體漏頂?shù)那闆r是因為嚴重的片幫被松軟的煤質(zhì)導(dǎo)致的；當(dāng)較慢的開采出現(xiàn)在空頂環(huán)節(jié)，過久暴露較低的頂板會發(fā)生漏頂?shù)辜埽饕蚴俏醇皶r剎頂。

2.3 涌出持續(xù)上升的絕對瓦斯量

通常開采放頂煤遇到煤層較厚時，必須在某個厚度的煤層或者順著底板煤層，布置采煤工作面為2~3 m范圍的采高。本礦的瓦斯相對較高，所以瓦斯含量在煤層里也不低，及時提前打鉆抽放了煤層里的瓦斯含量，其剩余的瓦斯也不低，主要是因為破碎、松軟的煤質(zhì)，所以瓦斯?jié)舛葻o法利用抽放達到良好的效果。故，當(dāng)煤體破碎出現(xiàn)在回采中，釋放的煤體瓦斯會導(dǎo)致增加上隅角回風(fēng)處的瓦斯含量，由于未充分垮落頂板，因此出現(xiàn)懸頂，在采空區(qū)會大量堆積瓦斯，當(dāng)瓦斯超出上隅角最大限度的百分之一時還未制定相關(guān)措施，則會影響回采進度，出現(xiàn)啟動瓦斯電閉鎖的現(xiàn)象。

3 綜采放頂煤的處理對策

3.1 控制漏頂和煤壁片幫的方案

3.1.1 漏頂時實施處理措施

工作面出現(xiàn)漏頂甚至煤壁幫后必須馬上停止作業(yè)，進行相關(guān)的處理措施。當(dāng)漏頂是因大范圍的工作面片幫導(dǎo)致的，就要利用板皮結(jié)合圓木完成剎頂，去達到支架貼合頂板的目的。必須堅持每日十二點注水到煤層濕潤煤體，可以解決煤體松軟的缺點，使其更加黏結(jié)。工作面完成放頂煤的割煤動作以后，必須將護幫板立即打開，煤壁提升了支護面積后才可完成煤壁的支護動作。剛進行下扎支架時，小循環(huán)的人工開幫也可實現(xiàn)下扎效果?；夭晒ぷ髅娣彭斆簳r，必須牢牢把握采高，切忌超過支架限高。

3.1.2 移架時可以帶壓完成

擦頂帶壓移架：對支架進行操作拉移手把，設(shè)置位置到拉移處，而垂直位置則是護幫板的第1和第2級，降架是利用的降架手把設(shè)置的，在遇到前移的支架時，要復(fù)“零”的是降架手把，才能拉移復(fù)位支架。

超前移架：此動作發(fā)生的前提是，采煤機遇到嚴重破碎的頂板及片幫狀態(tài)，超前移架前無需完成割煤，剩余操作之后進行。尤其是破碎地段，遇到無法超前移架情況時，采煤機前滾筒動作后緊接著移架，實現(xiàn)移一架緊隨割一架之后。需要借助相關(guān)措施，才能在支架限高前提下滿足要求的初撐力，煤壁前移必須借助合理的支撐壓力。

移架護幫降架:第一步先深處支架前梁與護幫板，使煤幫被支護后再降架，拉移支架必須在前梁和支架頂梁保持水平后完成，前梁插板緩慢操作的過程是頂梁不動但卻移動支架底座的時候，拉移支架直至24 MPa的立柱壓力后，立刻中止升架[3]。

3.1.3 注水進入煤體

煤層注水保證1個圓班1次，濕潤煤體才能在割煤中實現(xiàn)良好的控塵，除此之外煤更具抗壓性以及黏結(jié)性也與注水相關(guān)，保證頂煤在回采過程被合理控制。深孔和淺孔這兩種布置方式的分別應(yīng)用是：淺孔注水選擇的是三花眼注水孔，和煤墻是垂直方向，底板和第一行孔保持1.2 m距離，有6 m的孔間距以及孔深；底板和第二行孔保持45°仰角和1.7 m的距離，有6 m的孔間距以及孔深，共達160 m的工作面，施工一次的注水孔高達52個。深孔注水必須距順槽的工作面進回口30 m，注水直接借助抽放孔即可，位置在順槽正幫處。距抽放孔五米時停止注水，必須借助棉紗或黃泥封牢抽放孔。工作面注水泵的型號選擇了1箱2泵的MRBZ-200/31.5完成注水，鉆機打眼的型號是氣動手持式ZSQJ90/2.4型，具有Φ43 mm的釬頭直徑，麻花釬桿規(guī)格是Φ42 mm×1 000 mm，注水的封孔器和截止閥的連接總成管規(guī)格是Φ10 mm×2 mm×10 mm。封孔器是1.5 m的長度Φ38 mm的直徑，為達到注水要求，最好將封孔器焊接長焊管的程度是1.0 m。

3.1.4 限定采高

規(guī)定2.0 m±150 mm的采高限定，回采過程必須低于此值。保證所驗收的工作面質(zhì)量，基本前提就是全面的支護措施。煤壁護幫板打開支護動作緊隨割煤后，可以減少片幫，并且煤壁提升了支護范圍。

3.2 預(yù)防倒架

支架工要時刻關(guān)注工作面是否出現(xiàn)了倒架，并做出調(diào)架動作。遇到較嚴重的情況后，必須集中力量完成安全措施，杜絕問題嚴重化。

工作面倒架大面積發(fā)生時，頂幫維護好才能扶架，特別是上方頂板和支架前方。剎頂和剎嚴設(shè)置在破碎頂板段，用到人工開幫時，要鋪設(shè)的人工假頂選擇單體鋪設(shè)和圓木結(jié)合金屬網(wǎng)。扶正順序是由上至下。扶架后要墊好底背好頂，保證頂板接實升緊的支架。

扶正拉頂梁：調(diào)出倒架額上方，設(shè)置支撐單體支護去扶正頂梁。

扶正緊隨拉架:頂梁頂板被煤巖破碎段壓住的嚴重倒架時，無法完成原地扶架必須立刻開幫拉架，保證扶正緊隨拉架動作。

3.3 防治回采瓦斯的具體措施

3.3.1 封堵端頭

工作面回采超過3 m（10 m2）的懸頂深度，遇到未垮落的頂板順槽兩端頭或者大量涌出的老塘瓦斯時，老塘側(cè)頂板和機頭支架未緊實冒落時，1袋尼龍袋大概裝2/3的浮煤，按照從下至上的順序，壘墻到頂板幫助封堵，最后嚴實充填縫隙選擇黃泥?；夭缮a(chǎn)班之前必須要封堵。

3.3.2抽瓦斯提前埋好抽放管

封堵前選擇抽放管Φ400 mm的規(guī)格安裝于第一節(jié)采空區(qū)副幫處掐開，運至100 m工作面回順寬敞地段等著回收。短接抽放管頭延長到采空區(qū)。

3.3.3 完成深孔預(yù)裂爆破

工作面布置預(yù)裂孔在煤壁延伸運順線，煤壁延伸線處完成深孔預(yù)裂爆破，保證500 mm的孔間距以及6 000 mm的預(yù)裂孔深，一次保證完成預(yù)裂孔五個，并具備70°~80°左右的水平夾角、80°的頂板和預(yù)裂孔夾角，老塘側(cè)是眼底；不斷推進的工作面，必須保證落頂成效，所以工作面提前選擇錨桿和退錨器的剪切器，退掉切頂線和溜子機頭跟前的錨桿托板以及錨索。

4 結(jié)語

綜采放頂煤當(dāng)前的幾種方法無法合理地解決相關(guān)問題，經(jīng)多次實驗和研究最終確定后期方案是引進相關(guān)的措施，如安裝留頂煤和擋矸超前支架，可以解決地質(zhì)條件較差時在開采放頂煤過程中可減少瓦斯和煤的突出問題，達到了安全的礦井生產(chǎn)要求，可以為同行業(yè)提供相關(guān)經(jīng)驗。