煤礦綜采工作面低位放頂煤回采技術(shù)研究

曹 瀏

（潞安化工集團(tuán)高河能源有限公司，山西 長治 047100）

1 工程概況

1.1 區(qū)域情況

（1）地面位置：該工作面的上方是耕地，東面有村莊，西面是工業(yè)園區(qū)，生產(chǎn)企業(yè)比較多，西部為村莊，北部分布著鐵路線路。

（2）井下位置：W2303工作面是主要的開采工作面，在南、北、西面都是沒有開采的作業(yè)范圍，東部是北翼大巷。

（3）煤層位置：W2303面的回采為3#煤層。

（4）埋藏深度：475.2～537.1m。

（5）煤層間距：經(jīng)過測量后確定3#煤底板與9#煤底板之間的距離平均是65.4m。

1.2 工作面參數(shù)

（1）切眼和巷道參數(shù)：輔運(yùn)順槽長1733m，膠帶順槽長1731m，進(jìn)風(fēng)順槽長1733m，進(jìn)風(fēng)Ⅱ段長642m，回風(fēng)順槽長1783m，切眼長189m。

（2）工作面儲量：經(jīng)過對工作面的現(xiàn)場測量分析，發(fā)現(xiàn)其剩余可開采的長度為527m，煤層厚度平均為6.45m，容量1.4t/m3，回收率為93%，則：

動用儲量：（527×189）×6.45×1.4≈89.9×104（t）

可采儲量=動用儲量×93%=89.9×93%≈83.6×104（t）

可采期：[1/2](527+527)÷(0.8×4）=165(d)

其中：0.8為循環(huán)進(jìn)度，4為日循環(huán)個(gè)數(shù)，見表1。

表1 工作面參數(shù)及儲量表

2 采煤方法及其工藝流程

2.1 工作面巷道及設(shè)備布置

工作面切眼和巷道參數(shù)：輔運(yùn)順槽長1733m，膠帶順槽長1731m，進(jìn)風(fēng)順槽長1733m，進(jìn)風(fēng)Ⅱ段長642m，回風(fēng)順槽長1783m，切眼長189m。

2.2 循環(huán)工藝

2.2.1 進(jìn)刀方式

工作面開采選用端部割三角煤斜切進(jìn)刀的方法，距離控制在45m以上，作業(yè)速度和效率合格，完全符合循環(huán)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 推溜、移架方式

在工作面使用液壓支架的方式推溜千斤頂實(shí)現(xiàn)前移架的回收和使用；確保推溜、移架等工作都需要在該架的基礎(chǔ)之下完成，作業(yè)達(dá)到安全性要求[1]。

2.2.3 采放比以及回收操控

按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，采放比設(shè)定為1∶0.84，通過應(yīng)用支架尾梁擺動的方法實(shí)現(xiàn)放煤的處理，并利用兩人雙輪順序放煤的方式，其步距設(shè)定為0.8m，端頭頂煤應(yīng)按照隨采隨落的方式進(jìn)行。在循環(huán)作業(yè)時(shí)，根據(jù)一刀一放的操作方式進(jìn)行，放煤按照要求進(jìn)行，只要是發(fā)生輸送機(jī)停止運(yùn)行的情況，立即停止放煤作業(yè)。

2.3 技術(shù)過程

2.3.1 割煤、裝煤、運(yùn)煤

在工作面中選擇應(yīng)用MG400/930-WD 電牽引雙滾筒采煤機(jī)（滾筒有效截深0.8m）進(jìn)行割煤。其技術(shù)特征見表2。

表2 采煤機(jī)主要技術(shù)特征表

在進(jìn)入到正常割煤的作業(yè)之后，前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤。在采煤機(jī)正常開始運(yùn)行后，滾筒正常的轉(zhuǎn)動，通過使用截齒將煤割入到滾筒內(nèi)，然后再利用結(jié)構(gòu)內(nèi)部的螺旋葉片裝載到刮板運(yùn)輸機(jī)內(nèi)，有一些煤會通過鏟煤板直接裝入到運(yùn)輸設(shè)備內(nèi)，還有很少的煤在支架與前溜間浮煤，并且將其裝載到前刮板運(yùn)輸機(jī)內(nèi)。割煤機(jī)進(jìn)刀方式見圖1。

圖1 割煤進(jìn)刀圖

在操作環(huán)節(jié)，需要將采煤機(jī)割下的煤放入到傳輸內(nèi)，底煤放入到前部，頂煤放入到后續(xù)，利用刮板運(yùn)輸機(jī)完成運(yùn)輸作業(yè)，而后再應(yīng)用轉(zhuǎn)載機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備運(yùn)輸?shù)揭?guī)定區(qū)域范圍內(nèi)。結(jié)合工藝方案的要求現(xiàn)場作業(yè)時(shí)采高設(shè)定為3.5±0.1m，并且根據(jù)需要進(jìn)行“三直一平”的標(biāo)準(zhǔn)開展施工。

2.3.2 移架

本次在煤礦開采的環(huán)節(jié)選擇應(yīng)用ZF8500/22/42 型四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架，主要是通過手動的方式進(jìn)行操控，移架步距設(shè)定距離為0.8m。在操作過程中按照工藝順序完成操作，且在移架作業(yè)之后及時(shí)進(jìn)行前后立柱、前梁的處理，最后對側(cè)護(hù)板安裝。待以上工序完畢以后，需要將移架設(shè)置在滾筒后部5m左右的位置，并對頂板進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)期間結(jié)合頂板的工作狀態(tài)，操作時(shí)緊跟前滾筒拉架。針對局部的煤墻片幫比較寬或者頂煤在破碎的條件之下，通過應(yīng)用超前移架或者超前拉架的方式完成頂板的控制，達(dá)到開采作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

此外，在移架開始之前要對現(xiàn)場的后尾梁以及插板與后溜高度的控制，使其保持在合理的范圍。對側(cè)護(hù)板收起操作，需保證下方?jīng)]有任何操作人員，且不能和相鄰支架存在干擾的情況；移架操作保持一定的壓力，并且達(dá)到穩(wěn)定、平直性的要求；升柱操作中，支撐作用力達(dá)到24MPa；打出逼幫板。現(xiàn)場操作中注意觀察周邊區(qū)域，不能擠壓管道與線纜。移架后，控制支架的角度俯仰角控制在7°以內(nèi)，錯(cuò)差必須在側(cè)護(hù)板的2/3以內(nèi)，且支架接頂保持嚴(yán)密性支撐力達(dá)到24MPa[2]。

2.3.3 推前部刮板輸送機(jī)、拉后部刮板輸送機(jī)

推前部運(yùn)輸機(jī)的距離控制極為重要，應(yīng)確保其在后滾筒15m的位置上。拉后部運(yùn)輸機(jī)要在放煤20m以后進(jìn)行，并且按照單向順序的方式禁止，不能直接從兩端直接向中心拉運(yùn)輸機(jī)。在上述的操作中應(yīng)保證相鄰五組支架千斤頂逐一進(jìn)行施工，要保持設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，彎曲長度在30m以內(nèi)，運(yùn)輸時(shí)不能發(fā)生急彎的情況。推拉工作結(jié)束后手把回零，應(yīng)確保前、后部運(yùn)輸機(jī)按照直線的運(yùn)行。此外，在操作階段禁止停機(jī)的環(huán)節(jié)要做好推、拉運(yùn)輸機(jī)正常的工作，預(yù)防出現(xiàn)卡鏈?zhǔn)鹿实膯栴}。

2.3.4 放頂煤

放煤需要在后滾筒30m的位置上進(jìn)行，移動支架、后部刮板機(jī)投入運(yùn)行后才能開始放煤處理。放頂煤操作時(shí)，若發(fā)生運(yùn)輸機(jī)停止運(yùn)行的情況，就要及時(shí)停止放煤作業(yè)以確保作業(yè)的效果符合要求。

（1）放煤工藝流程為：放煤采用兩人循環(huán)作業(yè)方式進(jìn)行，分別進(jìn)行初放、補(bǔ)放作業(yè)，保證放煤的效果。在進(jìn)行移架操作之后，在后續(xù)運(yùn)輸機(jī)投入到正常運(yùn)行后即可進(jìn)行放頂煤的工作，且范圍實(shí)現(xiàn)在1#～119#架之間。只要是輸送機(jī)停止工作，放煤也要就此停止，不再繼續(xù)作業(yè)[3]。

（2）放煤步距：0.8m，一刀一放。放煤操作：收回插板，調(diào)整尾梁千斤頂?shù)奈恢?，確保尾梁回收到規(guī)定的部位上，并將放出頂煤之后再傳輸?shù)竭\(yùn)輸機(jī)內(nèi)。通過反復(fù)多次的尾梁收縮處理，將大塊的煤炭進(jìn)行破碎處理。放煤工作完成后及時(shí)提升尾梁，伸出插板并加強(qiáng)后部運(yùn)輸機(jī)的保護(hù)管理。放煤環(huán)節(jié)每一次放出頂煤的1/3～1/2，間隔10～20 架的距離，第一輪放煤工作完成后，間隔規(guī)定時(shí)間在進(jìn)行第二輪放煤。通常來說，兩輪放完即可結(jié)束，特殊情況下才會放第三輪。同時(shí)在操作環(huán)節(jié)，需要加強(qiáng)放煤質(zhì)量管理，必須由專職人員進(jìn)行放煤操作。放煤過程中應(yīng)該隨時(shí)掌握后續(xù)運(yùn)輸機(jī)的煤量數(shù)據(jù)，預(yù)防出現(xiàn)壓溜的問題；同時(shí)在操作環(huán)節(jié)，隨時(shí)監(jiān)督檢查煤流內(nèi)矸石涌出的情況，需要做到見矸關(guān)窗，保證含矸率在合理的范圍內(nèi)以提升回收率。如果現(xiàn)場施工中遇到硬度較高的頂板結(jié)構(gòu)，通過使用反復(fù)升降支架以及尾梁的方式進(jìn)行頂煤垮落操作，放煤工作全部結(jié)束后使得插板與后溜間隔在300mm以內(nèi)[4-5]。

2.3.5 運(yùn)煤

現(xiàn)場作業(yè)機(jī)組在工作中割下的底煤以及支架放下的頂煤分別應(yīng)用前、后兩部運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸?shù)蕉祟^部位上進(jìn)行卸載，通過設(shè)備逐步地提升到地面。

3 巷道支護(hù)及頂板管理

為了有效地進(jìn)行W2303 各個(gè)工作面順槽支護(hù)管理，確?，F(xiàn)場的通風(fēng)、排水系統(tǒng)可以正常的工作，達(dá)到回采順利完成的效果。在現(xiàn)場的回采操作中組織專業(yè)技術(shù)人員定期進(jìn)行巷道支護(hù)效果的檢查主要采取如下的維護(hù)方式。

3.1 鉆場、橫貫支護(hù)管理

W2303工作面膠帶順槽中要設(shè)置抽采鉆孔環(huán)節(jié)應(yīng)該設(shè)置鉆場，本次開采作業(yè)應(yīng)用的是梯形鉆場的形式，尺寸設(shè)置為7m(3.0)m×3.6m×3m（長×高×深）。為了使得現(xiàn)場頂板符合穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，通常要超前50m 工作面實(shí)施支護(hù)作業(yè)。鉆場應(yīng)用不同長度的大板架設(shè)置3架一梁的兩柱單體柱大板棚。同時(shí)，W2303 工作面在作業(yè)之前需要超前50m 進(jìn)行橫貫部位上的木垛支護(hù)作業(yè)，即是在膠帶與輔運(yùn)側(cè)橫貫口部位上設(shè)置2個(gè)木垛，輔運(yùn)側(cè)在支護(hù)工作結(jié)束后，在外側(cè)設(shè)置磚混結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封處理，以達(dá)到密閉性的要求。

3.2 回采時(shí)巷道管理的注意事項(xiàng)

（1）回采工作實(shí)施前先進(jìn)行巷道支護(hù)狀態(tài)的檢查，如果發(fā)現(xiàn)該部位上有嚴(yán)重變形問題，需要應(yīng)用超前架一梁二柱單體柱大板棚等設(shè)施完成支護(hù)處理，同時(shí)還要對現(xiàn)場實(shí)施變形監(jiān)測控制。

（2）回采工作實(shí)施之前，進(jìn)行皮帶機(jī)頭部位上行人通道的清理處理，保證沒有積水、淤煤的情況存在；現(xiàn)場作業(yè)通道內(nèi)，皮帶一側(cè)要設(shè)置防護(hù)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，滿足現(xiàn)場作業(yè)安全性標(biāo)準(zhǔn)。

（3）回采工作結(jié)束后，每一周由作業(yè)班長進(jìn)行全面性檢查，如果存在變形問題或者底鼓的狀況，立即組織現(xiàn)場人員進(jìn)行檢修處理，以消除事故的問題。

（4）在工作面回采工作高速進(jìn)行之下，沿著空留巷留設(shè)的綜合管網(wǎng)應(yīng)用4 分鋼絲繩重新吊掛處理，間隔5m布置一個(gè)吊點(diǎn)。

（5）回采作業(yè)時(shí)容易發(fā)生采動影響較大的部位，應(yīng)提前進(jìn)行加固處理，此外，也可以選擇應(yīng)用超前架棚落實(shí)維護(hù)管理。

（6）回采工作開展之前，切眼機(jī)尾回風(fēng)巷中編制梁棚，確保規(guī)格與尺寸符合巷道的要求。

4 沿空留巷頂板管理

4.1 沿空留巷支護(hù)方式

在進(jìn)風(fēng)順槽Ⅱ段進(jìn)行沿空留巷，沿空留巷寬度3.5m，同時(shí)在空留巷上應(yīng)用柔?；炷翂w施工技術(shù)進(jìn)行處理。

4.2 柔?；炷僚浔?/h3>

標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 C30泵注混凝土初步配合比

混凝土基材質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

水泥：42.5R普通硅酸鹽水泥；

砂子：二區(qū)中砂，水洗砂，泥或石粉含量小于3%；

石子：5～20mm 連續(xù)級配碎石，含泥量小于1%，石粉含量小于0.5%。

4.3 柔?；炷翂χёo(hù)參數(shù)

（1）柔?；炷翂χёo(hù)采用錨桿的方式，鋼帶連接采用?14mm圓鋼進(jìn)行連接。

（2）切頂擋矸設(shè)計(jì)：在工作面排尾3#支架到機(jī)尾頂板的結(jié)構(gòu)上設(shè)置柔性網(wǎng)的形式，在進(jìn)行割煤之后緊隨尾梁沿著采空區(qū)進(jìn)行點(diǎn)柱的設(shè)置。在柔模包設(shè)置前應(yīng)用單體柱回撤的方式設(shè)置，禁止把單體柱直接打入到采空區(qū)內(nèi)。如果使用上述的操作方式柔模搭設(shè)空間難以滿足要求時(shí)，需要在割煤后緊隨排尾3#架沿著采空區(qū)設(shè)置一梁兩柱圓木大板棚支護(hù)形式進(jìn)行支護(hù)。

（3）澆筑空間支護(hù)設(shè)置時(shí)，臨時(shí)支護(hù)采用的是一梁二柱單體柱道木抬棚，永久支護(hù)應(yīng)用的是柔?；炷翝仓绞?。

（4）現(xiàn)場臨時(shí)采取支護(hù)措施，即：超前工作面30m與滯后工作面180m 區(qū)間設(shè)置支護(hù)措施，其結(jié)構(gòu)形式為：單體液壓支柱+π型梁。

（5）高頂區(qū)柔模打設(shè)要求：

①進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)有巷道高頂區(qū)，回采操作中將原柔模的規(guī)格支護(hù)不能達(dá)到要求的部位，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整。

②根據(jù)制定和實(shí)施的回采工作計(jì)劃，提前統(tǒng)計(jì)規(guī)劃設(shè)計(jì)回采區(qū)的高頂區(qū)，結(jié)合高頂區(qū)的高度要求，由專業(yè)的廠家進(jìn)行柔模包的制作，使其滿足現(xiàn)場應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

③為了提升柔模結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在打設(shè)作業(yè)全部結(jié)構(gòu)后，緊貼柔模包設(shè)置4.5m 的單體柱護(hù)包。采取此方式如果單體柱依然無法接頂，則應(yīng)該在單體柱與巷道底板之間設(shè)置墊木或者方木，使得單體柱接頂達(dá)到嚴(yán)實(shí)的要求。

④因?yàn)槿崮８叨炔粩嗟卦黾訒霈F(xiàn)墜包，為了預(yù)防發(fā)生墜包的問題，單體柱靴上方緊貼柔模墻要固定一根大板，還要在橫向大板與巷道外幫件設(shè)置單體柱戧柱，安裝的間距為2m。

⑤高頂區(qū)柔模打設(shè)操作的環(huán)節(jié)，如果制定的柔模沒有及時(shí)運(yùn)輸?shù)轿?。那么可以在打設(shè)作業(yè)區(qū)間內(nèi)提前設(shè)置混凝土平臺，使其滿足打設(shè)柔模接頂要求。為了使得混凝土平臺有足夠的凝固時(shí)間，每達(dá)到6.5m 就要打設(shè)一個(gè)柔模，在每班打設(shè)一個(gè)柔模后在柔模與后溜減速機(jī)之間應(yīng)用大板與剎桿平臺設(shè)置模型框，建設(shè)完成后根據(jù)需要打設(shè)戧柱從而達(dá)到變形控制的效果。另外，在框內(nèi)鋪設(shè)剪裁符合要求的柔模包，并澆筑混凝土形成平臺。

5 施工管理

在放頂煤回采技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，需要現(xiàn)場加強(qiáng)質(zhì)量管理，落實(shí)施工工藝方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保每個(gè)環(huán)節(jié)都有專人進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督管控，這樣才能保證煤礦綜采工作面的施工效果滿足設(shè)計(jì)要求。此外，還需要嚴(yán)格的規(guī)范操作流程，提高開采的效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)綜合效益的提升。

6 結(jié)語

在上文分析中，通過對煤礦綜采工作面低位放頂煤回采技術(shù)的分析，可以了解到在該項(xiàng)工程開展階段做好技術(shù)工藝的優(yōu)化以及施工控制，且做好現(xiàn)場管理對提高煤礦綜采工作面的效率以及質(zhì)量有著重要的幫助。未來，還需要對低位放頂煤回采技術(shù)研究，做好技術(shù)方案更新及優(yōu)化，如此，才能確保各項(xiàng)工作有序開展。