傾斜煤層大采高綜采工作面開采技術實踐研究

馬洪巖 徐衛東

(徐礦集團張雙樓煤礦，江蘇 徐州 221616)

在我國現有煤炭產量和儲量中，厚煤層產量占原煤總產量的45%左右，厚煤層開采指的是井工開采煤層厚度3.5m以上，露天開采煤層厚度10m以上的煤層，是我國高產高效開采的主力煤層。針對我國厚煤層的特點，隨著采煤工藝的發展，先后發展出了分層開采、放頂煤開采和大采高綜采三種采煤方法[1]。目前，三種開采方法各具特色，在我國的礦山中都有應用。徐礦集團張雙樓煤礦煤層平均厚度4m，其突出的特點是各個工作面的傾角比較大，且礦井水涌出量大。9307大采高綜采工作面，在平均傾角30°的條件下，通過技術探索與開采實踐，有效的解決了回采過程中存在的支架下滑、支架傾倒、頂板冒落、煤壁片幫嚴重等技術問題，創下了張雙樓煤礦月產最高水平，具備了月產135kt的生產能力。

1 9307綜采工作面地質概況

9307工作面位于-500水平東二采區，工作面標高-468.1m～-548.2m，地面標高+36.88m。 9307 工作面地層傾角為 6°～33°，平均30°，煤層厚度2.2m～4.1m，平均厚度4m。工作面中部煤層中發育一偽頂泥巖區，區內偽頂泥巖厚度0～3.0m；直接頂為細砂巖，厚22.6m；直接底為泥巖，厚2.6m。煤層直接頂板細砂巖裂隙發育一般，富水性弱。回采過程中上覆老峒及上部采空區內動水將入工作面。工作面中西部面內有105鉆孔，終孔于7煤底板，終孔標高-469.1m，封孔良好。回采時最大涌水量100m3／h，正常涌水量80m3／h。相對瓦斯涌出量 0.08m3/t，屬低瓦斯，煤塵爆炸指數35.06，有爆炸危險，屬Ⅱ級自燃發火煤層。

2 9307綜采工作面回采工藝及主要設備

回采工藝：

根據采區和工作面設計以及煤層的賦存條件，該面采用走向長臂大采高綜合機械化一次采全高后退采煤法，全部垮落法處理采空區頂板，選用國產無鏈牽引MG600/1385-WD型采煤機單向割煤，端部斜切進刀，截深0.8m，滾筒直徑2m。工作面采用一臺SGZ1000/1050型刮板輸送機，運輸巷采用一臺SZZ1000/400型轉載機，配備一套PLM3000輪式破碎機，鋪設四部膠帶輸送機運煤。

工作面選用67架ZY6800/20/42支持掩護型液壓支架支護頂板，移架采用追機作業，分段依次順序移架。上下端頭支護均采用錨網梁支護。工作面上、下兩巷自出口向外超高段使用HDJB-1000型金屬鉸接頂梁，DZ型系列單體液壓支柱做腿，配合半圓木扶雙排一梁一柱走向棚的超前支護，扶雙排走向棚的超前支護。

3 大采高綜采工作面存在的問題

根據國內傾斜厚煤層大采高綜采工作面開采經驗以及徐礦集團張雙樓煤礦9307工作面的實際情況，該工藝主要存在以下幾個面的問題：

3.1 工作面片幫，架前漏頂

大傾角大采高工作面在遇有來壓或構造時，極易出現煤壁大面積片幫，片幫后端面距加大，頂板失去煤壁支撐，常造成冒頂事故。9307工作面上部比中部、下部易片幫；煤層增厚、坡度增大處易片幫；正斷層交面處易片幫、工作面來壓期間易片幫。因此必須及時采取有效措施，防止事故的發生。

3.2 “三滑一倒”問題

“三滑一倒”問題即工作面的支架、采煤機及刮板輸送機的下滑和支架的傾倒。

3.2.1 工作面輸送機下滑

大采高綜采工作面的裝備重量大，工作面傾角較大，工作面輸送機在回采工程中本身自重有下滑趨勢，加上原煤向下運輸、采煤機割煤時產生的阻力和采煤機牽引運行的綜合作用下，會使工作面輸送機在推移過程中產生向下滑移，進而帶動液壓支架下滑，從而影響生產。

3.2.2 采煤機下滑

因為每層傾角過大，采煤機因為重力分量的作用而產生下滑。

3.2.3 支架的下滑傾倒[2-4]

工作面輸送機的下滑往往會牽動液壓支架的下滑；另外由于煤層傾角的增大，液壓支架在合力力矩的作用下發生旋轉而傾倒的可能性急劇增加；現場支架工人操作不當，特別是排頭支架和支架尾部的操作，而造成的支架下滑傾倒，支架倒滑后，不能有效支護頂板，嚴重時影響工作面生產。

4 工作面主要技術安全措施[5]

4.1 支架的防倒、防滑

對于傾斜煤層大采高綜采工作面，存在的主要問題是工作面大采高液壓支架的防倒防滑，根據國內傾斜煤層綜采工作面開采經驗，從工作面布置、安設防倒防滑裝置等方面開展工作：

(1)工作面偽傾斜開采。為防止工作面刮板輸送機上竄下滑，工作面按偽斜推進，機頭超前機尾一定距離。根據張雙樓煤礦開采實踐，當煤層傾角≥25°時，要求運輸巷與切眼夾角成94°布置，即下端頭超前10m。調面時移架、推刮板輸送機工作應協調及時，移架、推刮板輸送機后應保證 “三直一平”，切實做到工作面“七條線”要求。

(2)工作面液壓支架安裝防倒、防滑千斤頂及活動側護板，防倒、防滑千斤頂采用下端頭3個支架連鎖，這類裝置是利用支架上裝設的防倒、防滑千斤頂，在移架時產生一定的推力，以防止支架傾倒、歪扭，并能進行架間調整。有效地控制了支架的迎山度和支架下滑。另外，在掩護支架上裝設的可活動側護板，除了用于架間防矸外，也具有一定的防倒、調架作用。

4.2 打密集支柱及掛網

在工作面下出口正對工作面1050刮板輸送機頭處，緊靠轉載機的下幫打一排單體密集，共6棵，間距0.5m；密集支柱垂直頂底板，初撐力不低于11.5MPa，支柱必須穿鐵鞋，支柱與頂板之間墊板皮；每次拉完機頭，必須重新打好密集支柱并掛好雙層金屬網，否則嚴禁運行工作面刮板輸送機；密集、掛網時，工作面上刮板輸送機、轉載機、煤機停電閉鎖。金屬網參數為5.0m×1.2m，緊貼密集上幫吊掛。

4.3 安設擋矸簾

擋矸簾采用液壓擋矸簾，工作面大傾角范圍安裝液壓擋矸簾，每道不超過15架，擋矸簾下邊距離工作面刮板輸送機上面不得超過300mm。煤機通過時打開擋矸簾，通過后立即放下擋矸簾，滯后不得超過5架。擋矸簾損壞后立即更換，工作面備用擋矸簾不得少于2副。

4.4 工作面防滾煤矸

煤矸在刮板輸送機里飛滾時，閉鎖1050刮板輸送機；板輸送機上方間隔15架設一液壓擋矸簾；在兩立柱上安裝特制金屬檔矸網；人員走人行道，嚴禁閑雜人員在支架立柱前方行走或停留；工作面作業點上方5m處支架下設置一道擋矸壩，擋矸壩是兩根半圓木傾向平行放置，再橫亙兩根半圓木，半圓木上鋪金屬網，半圓木與半圓木間、金屬網與半圓木間均用8#黑鐵絲系牢捆扎好而成；人員在工作面內工作時，時刻注意工作面煤幫、頂板和工作地點上方情況。

4.5 防止片幫控制頂板

由于本工作面極易發生煤壁片幫，首先從管理上加強工作面工程質量管理，嚴格控制工作面采高，杜絕支架超高使用，確保支架處于良好狀態；發生片幫后，若端面距大于0.34m，及時移超前架；若移完超前架后，端面距仍大于0.34m，且不超過1.0m時，采取用厚120mm的半圓木搭接在支架前梁上挑起護頂的措施，半圓木前端抵住煤幫，與支架搭接長度不少于0.3m，在煤壁側半圓木的下方打上單體支柱；若移完超前架后，半圓木護頂失效時或端面距大于1.0m時，則采取過頂做超前檔措施。過頂做超前檔方法：用直徑180mm以上圓木做梁，扶走向棚，圓木搭在支架前梁上，搭接長度不少于0.3m，一架兩棚，一梁兩柱，柱子選用DZ系列單體及穿鐵鞋，拴好防倒繩，梁上用板皮或半圓木接實背嚴；頂從頂、幫穩定的地點拉茬，自上而下進行。清理好退路，確認頂板穩定安全可靠，方可上梁接頂。過頂期間人員進入煤壁區作業，工作面刮板輸送機、煤機必須停電閉鎖，工作面嚴禁操作支架，任何與過頂無關的人員不得進入煤壁區。

5 應用效果

通過對大采高綜采工作面存在問題的分析，結合9307工作面實際情況，采取了支架防倒防滑措施、打密集支柱及掛網、安設擋矸簾、工作面防煤滾矸、防片幫控頂等措施有效的提高了工作面的安全系數，避免了頂板事故的發生，實現了安全生產。9307工作面采用大采高綜采以后，日產量高達4kt以上，平均月產可達120kt，與9419綜采放頂煤工作面相比，實現了傾斜厚煤層開采的高產高效。

[1]孟憲銳,王鴻鵬,劉朝暉,等.我國厚煤層開采方法的選擇原則與發展現狀[J].煤炭科學技術,2009,01:39-44.

[2]賈維志,徐偉.大傾角大采高綜采工作面高產高效實踐[J].安徽建筑工業學院學報:自然科學版,2010,18(03):34-37.

[3]王國法.大采高技術與大采高液壓支架的開發研究[J].煤礦開采,2009,14(1):1-4.

[4]寧桂峰,曾明勝.大傾角大采高液壓支架設計研究[J].煤礦開采,2011,16(4):71-73.

[5]何天寶.傾斜煤層大采高綜采工作面開采技術[J].煤礦開采,2011,16(6):30-32.