開(kāi)元公司15401 大采高綜采工作面大傾角開(kāi)采技術(shù)

趙曉東

（華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

1 概 況

開(kāi)元公司15401 綜采工作面位于15 號(hào)煤四采區(qū)，埋藏深度為388～502 m，地面位于放馬溝村（已搬遷）正下方，井下位于15402 工作面（正掘）以北，東鄰15 號(hào)煤四采區(qū)系統(tǒng)巷，西靠礦界保護(hù)煤柱，為15 號(hào)煤首采面。

工作面走向長(zhǎng)1 532 m，傾斜長(zhǎng)220 m，煤層總厚1.4～4.3 m，平均4 m，煤層傾角3°～26°，平均傾角13°。切巷以東760 m 范圍存在一向斜構(gòu)造，造成工作面中間低，兩邊高，向斜軸呈北東方向延伸，北翼煤層傾角最大26°，最大相對(duì)高差57 m，如圖1 所示。頂?shù)装鍡l件見(jiàn)表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆rTable 1 Coal seam roof and floor situation

圖1 15401 綜采工作面布置Fig.1 Arrangement of 15401 fully mechanized mining face

工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化一次采全高采煤方法，循環(huán)進(jìn)度0.8 m，工作面采高控制在4.0 m，采用全部垮落法處理采空區(qū)。采煤工作面主要設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 工作面主要設(shè)備Table 2 Main equipment table of working face

2 開(kāi)采存在的問(wèn)題

我國(guó)大采高綜采面液壓支架穩(wěn)定性事故率較高，根據(jù)大采高工作面開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，4～4.5 m 采高，煤層傾角應(yīng)控制在12°以內(nèi)；5～5.5 m 采高，煤層傾角應(yīng)控制在10°以內(nèi)；6 m 采高，煤層傾角應(yīng)控制在5°以內(nèi)。而開(kāi)元公司15401 工作面受向斜構(gòu)造影響，中間低，兩頭高，最大傾角達(dá)26°，嚴(yán)重超過(guò)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值的12°以內(nèi)，極容易造成擠架、咬架、倒架等安全事故，因此須采取相關(guān)技術(shù)措施，保證工作面安全開(kāi)采。

3 工作面開(kāi)采論證及回采情況

3.1 開(kāi)采論證分析

15401 工作面開(kāi)采前，為保證大傾角開(kāi)采的安全性，對(duì)正常推進(jìn)和繞采兩種方案進(jìn)行開(kāi)采論證。方案一：在底彎處進(jìn)行填矸壓巷調(diào)坡，在滿足支架安裝需要的基礎(chǔ)上組織正常推進(jìn)。方案二：繞采切巷以東300 m 范圍向斜構(gòu)造影響嚴(yán)重區(qū)域，但會(huì)損失約18.9 萬(wàn)噸煤炭資源。開(kāi)采方案論證如下。

（1）煤層厚度對(duì)大采高開(kāi)采的影響。隨著采高的增大，工作面片幫面積呈現(xiàn)冪函數(shù)增長(zhǎng)，根據(jù)陽(yáng)泉礦區(qū)采高與煤壁片幫關(guān)系統(tǒng)計(jì)，當(dāng)工作面采高超過(guò)5.5 m 后，煤壁片幫程度迅速增大。15401 工作面平均煤厚4 m 左右，煤壁片幫對(duì)回采影響較小，且工作面安裝ZY12000-22.5/45D 型支架，配備護(hù)幫板，提升控幫控頂效果。

（2）頂板力學(xué)性質(zhì)對(duì)大采高開(kāi)采的影響。工作面煤層上方直接頂為2.4 m 左右K2 下石灰?guī)r、19.5 m 砂質(zhì)泥巖，巖石硬度系數(shù)約為9～11，水平層理，具裂隙，為方解石脈充填，綜合評(píng)定為3 類(lèi)穩(wěn)定頂板，不易發(fā)生冒頂，有利于支架的穩(wěn)定性，防范倒架事故，如圖2 所示。

圖2 巖層柱狀圖Fig.2 Columnar diagram of rock strata

（3）工作面仰俯采對(duì)大采高開(kāi)采的影響。巷道起伏尤其是仰采對(duì)大采高綜采面片幫冒頂有重要影響，根據(jù)陽(yáng)泉礦區(qū)開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，工作面最大仰采角度達(dá)到20°，煤壁片幫危險(xiǎn)性明顯增大，設(shè)備適應(yīng)性差。15401 工作面回風(fēng)巷俯采坡度在8°左右，進(jìn)風(fēng)巷仰采坡度小于12°，走向方向角度較小，有利于支架縱向上的穩(wěn)定性。

（4）裝備對(duì)大采高開(kāi)采的影響。15401 工作面采煤機(jī)為MG-750/1900 型，整機(jī)裝機(jī)功率1 900 kW，開(kāi)采適應(yīng)性強(qiáng)；ZY12000-22.5/45D 型支架配備護(hù)幫板、防倒千斤、底調(diào)千斤，并安裝電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鄰架操作，提高調(diào)架功能性能。采煤機(jī)、支架及其他配套設(shè)備均為新投入使用的裝備，裝備先進(jìn)有利于高產(chǎn)高效組織。

（5）礦壓對(duì)大采高開(kāi)采的影響。該面為開(kāi)元公司15 號(hào)煤首采面，兩巷均為實(shí)體煤巷道，其他工程對(duì)工作面圍巖擾動(dòng)較小，工作面礦壓顯現(xiàn)不明顯，有利于工作面頂板管理。

（6）經(jīng)濟(jì)對(duì)比。方案一硬過(guò)撓曲構(gòu)造較方案二繞采構(gòu)造可避免銜接停產(chǎn)3 個(gè)月左右，多采出煤炭18.9 萬(wàn)噸，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

綜合考慮15401 工作面放馬溝向斜構(gòu)造影響范圍、頂?shù)装鍡l件、煤層坡度及周邊地質(zhì)構(gòu)造影響，開(kāi)采裝備、采掘銜接合理、煤炭資源損失等方面，在技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的條件下，考慮采用方案一開(kāi)采。

4 采取的技術(shù)措施

4.1 工作面安裝過(guò)程

（1）在工作面向斜軸部20 m 范圍內(nèi)填矸厚度0～1.5 m 進(jìn)行掩底降低采高，并硬化處理底板，以減緩巷道曲率，滿足支架安裝要求，降低工作面初采難度。在工作面向斜軸部區(qū)域，共需安裝20 架進(jìn)行調(diào)整角度26°，平均每架調(diào)角度1.3°。

（2）安裝支架時(shí)，為防止坡度大造成支架相互撞擊移位，在相鄰支架的底座間掩設(shè)道木、木墩，確保支架側(cè)護(hù)板處于正常打開(kāi)狀態(tài)、支架頂梁有間隙不擠壓，并保證支架與工作溜垂直且初撐力達(dá)標(biāo)。

（3）切巷中所安設(shè)支架和工作溜要平緩過(guò)渡，嚴(yán)禁出現(xiàn)臺(tái)階，增加后期開(kāi)采過(guò)程中推溜移架的難度。

（4）工作面機(jī)頭安裝過(guò)渡支架4 架，機(jī)尾不安裝過(guò)渡架，工作面通過(guò)向斜構(gòu)造落差減小后，方便后期拆架、縮溜。

4.2 初采期間支架狀態(tài)調(diào)整

（1）強(qiáng)化工作面初采期間的工程質(zhì)量管理，加強(qiáng)支架初撐力管理，確保支架整體達(dá)標(biāo)率不低于95%。

（2）結(jié)合15401 工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，合理控制采高，不同區(qū)域采取不同的采高。為確保機(jī)組能夠順利通過(guò)，并減少割巖量，向斜軸部區(qū)域按照設(shè)計(jì)適當(dāng)降低采高，控制在3.0～3.5 m，減小巷道坡度。

（3）針對(duì)15401 工作面呈現(xiàn)凹形，采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中始終處于上下坡?tīng)顟B(tài)的情況，要合理控制運(yùn)行速度，盡量與拉架速度相適應(yīng)，割一架拉一架，避免造成工作面大面積空頂，同時(shí)支架工拉架時(shí)要帶壓擦頂移架。

（4）15401 工作面每2 架支架安裝1 組防倒千斤。操作支架時(shí)2 人一組進(jìn)行配合操作，先用相對(duì)低位支架的側(cè)護(hù)板撐住相對(duì)高位的支架，1 人操作支架防倒千斤及底調(diào)千斤，1 人操作支架拉移，將高位支架拉出并升緊接頂，使初撐力達(dá)標(biāo)；然后將低位支架側(cè)護(hù)板收回，1 人操作防倒千斤，1 人拉移支架，將低位支架拉出，打開(kāi)側(cè)護(hù)板升緊支架，同時(shí)確保支架與工作溜垂直且不擠架。

（5）15401 工作面進(jìn)風(fēng)順槽安裝激光定位指向儀，鎖定機(jī)頭位置，精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)工作溜的竄前竄后情況，便于及時(shí)調(diào)整回進(jìn)風(fēng)推進(jìn)度。隨著15401 工作面的不斷推進(jìn)，進(jìn)回風(fēng)落差及工作面坡度將變小，工作面斜距將縮短，要及時(shí)合理調(diào)整進(jìn)、回風(fēng)進(jìn)度差，適當(dāng)進(jìn)行偽斜開(kāi)采，關(guān)注回風(fēng)支架占巷情況，必要時(shí)回風(fēng)端頭要及時(shí)拆除支架。

4.3 一通三防技術(shù)措施

（1）15401 工作面初采期間必須按風(fēng)量核定批復(fù)文件中規(guī)定風(fēng)量的1.2 倍進(jìn)行配風(fēng)，確保工作面風(fēng)量充足，正常生產(chǎn)期間按核定風(fēng)量進(jìn)行配風(fēng)；如在回采過(guò)程中發(fā)現(xiàn)瓦斯涌出量比預(yù)計(jì)量大時(shí)，在保證工作面風(fēng)速不超限的前提下應(yīng)及時(shí)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)整。

（2）15401 工作面生產(chǎn)期間，加強(qiáng)瓦斯檢查，工作面向斜軸部區(qū)域每架施工1 個(gè)超前排放鉆孔，鉆孔深度為12 m，允許推進(jìn)7 m，預(yù)留5 m 的超前保護(hù)距離。

4.4 超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

15401 工作面開(kāi)采期間，精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)工作面日推進(jìn)度，嚴(yán)格按照每2 日或每推進(jìn)5 m，及時(shí)收集工作面地質(zhì)資料，繪制15401 工作面專項(xiàng)地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)剖面圖，對(duì)工作面過(guò)構(gòu)造情況、割巖情況、工作面坡度、支架斜度、采高等進(jìn)行詳細(xì)描述，為工作面調(diào)整施工方案提供可靠依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)開(kāi)元公司15401 大采高大傾角綜采工作面的現(xiàn)狀，進(jìn)行了開(kāi)采方案的比選和論證，確定了在底彎處進(jìn)行填矸壓巷調(diào)坡，在滿足支架安裝需要的基礎(chǔ)上組織正常推進(jìn)的開(kāi)采方案，并制定了工作面支架安裝、調(diào)整等方面的針對(duì)性技術(shù)措施。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐情況，工作面實(shí)際開(kāi)采后，煤層條件進(jìn)一步惡化，傾斜方向最大傾角達(dá)35°，但支架支撐有力，狀態(tài)正常，未發(fā)生“擠架、咬架、倒架”，基本實(shí)現(xiàn)工作面頂板的有效管理，表明制定的大傾角開(kāi)采技術(shù)措施安全有效。截至目前累計(jì)推進(jìn)348 m，日均割煤3 刀，較繞采方案多出煤18.9 萬(wàn)t，按500 元/t 計(jì)算，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益9 450 萬(wàn)元，積累了大采高綜采工作面大傾角開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)管理經(jīng)驗(yàn)。