薄煤層綜采面切眼布置的創新技術探討

董文龍

（南煤集團 南莊公司，山西 陽泉045000）

1 礦井概況

陽泉市南莊煤炭有限責任公司隸屬南煤集團公司，改造后礦井核定生產能力1.20 Mt/a。井田面積為11.1278 km2，可采煤層為3#、6#、12#、15#。 其中主采煤層為12#、15#兩層，3#、6#為局部可采煤層。 地層產狀比較平緩，煤層賦存比較穩定，地質構造簡單，2005年在12#煤投產薄煤層綜采工作面。

12#煤層屬特低～富灰、中硫～中低硫、高發熱量之無煙煤。

2 實際工作中存在的操作難點

12#煤層平均采高為1.4 m，為了適應綜采支架安裝，在2118綜采工作面切眼巷施工時采用沿煤層底板、全斷面破頂掘進，巷道實際高度2.8 m。原設計是在12#煤工作面初采過程中，支架必須隨工作面推進逐步降低支撐高度到煤層厚度（1.4～1.6 m），使綜采支架最后直接支撐煤層頂板。實際操作中存在以下難點：

1）工作面中間架為ZY3000/09/20型掩護式液壓支架，工作阻力為2738～1989 kN，升降高度為900～2000mm，實際支架最大支護高度為2 m。而切眼巷沿12#煤層底板掘進，巷道高度為2.6～2.8 m（沿穩定層擱頂），支架全部伸起不能直接接頂，需在支架頂部采用木垛來接頂，接頂的質量難以保證，導致支架初撐力不足，移溜時推力不足。

2）初采期間切巷掘進支護存在懸空，頂板不能及時垮落，支架后部不能被冒落矸石充填，設備推進困難，不能在短時間內使懸空頂板的冒落以達到充滿采空區的要求，極易形成局部瓦斯積聚區，存在安全隱患。

3）12#煤層頂板為碳質泥巖，比較破碎，機組割煤后頂幫隨采隨冒，綜采支架穿層推進增加了頂板維護難度，造成了安全隱患。采用打木垛的方式接頂10天左右，效果不好，又在支架頂梁下向前上方打膨脹管來維護頂板，并及時移架接頂，采用此方法1周后支架才完全推進煤層中直接支撐煤層頂板，影響了生產進度。

3 2119 工作面的設計

在2119工作面的設計上必須著重解決以下問題：

1）重點解決支架推進過程頂板管理困難的問題；

2）解決支架初撐力不足的問題；

3）解決采用錨網支護后頂板難以垮落并因此引起的瓦斯管理困難問題。

由于12#煤層頂板為碳質泥巖，節理發育，破碎，機組割煤后頂板會隨采隨冒，綜采支架無法穿層推進煤層，有時頂板冒落太高，需繼續在支架頂梁上打木垛接頂，從而增加了頂板維護的難度和不安全性，造成支架初撐力不足，無法推溜或推溜力不足。設計要求加強頂板管理逐步使支架隨工作面推進，逐步降低到高度1.4～1.6 m從而完全進入煤壁，實現正常回采。針對頂板隨采隨冒的問題，采取在支架頂梁上架設木垛效果較差，于是采取在支架頂梁下向前上方打膨脹管維護頂板，及時移架接頂。

在切眼巷設計時直接將支架降到煤層高度，將支架頂梁前部分完全伸入煤層后伸柱接頂，將底座放在切眼巷后部起支撐作用，初步具備在切眼巷布置前、后腰巷的設計構想。使支架頂梁前部分伸入煤層中，采煤機割煤過后通過及時拉架可完全控制頂板冒落，解決了回采初期頂板管理的難點。

支架安裝時頂梁靠支柱的液壓作用完全接頂，保證了支架的初撐力完全達到設計要求。由于前腰巷設計高度為煤層厚度，沿煤層底板炮掘煤層部分，采用單體液壓支柱和半圓木梁做臨時支護來支護頂板，降低了錨網支護面積，保證在回采后支架頂板及時垮落填充采空區的要求，有效防止支架后身形成瓦斯積聚區，利于工作面初采期間的瓦斯管理。

4 試驗進程和效果分析

4.1 工作面概況

（1）概述：2119工作面相應地表位于虎河溝頂端，地表地勢南高北低，標高+850～+1047 m，蓋山厚320～517 m。2119工作面井下位于2117工作面尾巷西側180 m，呈南北方向分布。工作面南與12#煤的采區軌道巷相接，北鄰礦界50 m，西部為未采區，工作面上部有陽煤集團二礦3#煤的采空區深入2119工作面350 m。

（2）煤層及頂、底板：底板為1.8～2.0 m的灰白色細砂巖，較硬，抗壓強度為45.06 MPa，在底板與煤層之間有一層0.2～0.4 m的黑色碳質泥巖。12#煤層平均厚1.4 m，節理發育，距頂0.3 m發育一層0.2～0.4 m的夾石。直接頂為一層厚6 m的碳質泥巖，呈灰黑色，塊狀構造，節理發育，普式系數為2.2，抗拉強度為3.80 MPa，抗壓強度為21.62 MPa，屬中等穩定頂板。

（3）儲量：2119工作面走向長864 m，傾向長180 m。按煤層的平均厚1.4 m、容重1.4 t/m3計算，工作面的資源儲量為0.305 Mt，可采儲量為0.30 Mt。

（4）構造：2119工作面處在一個小型的寬緩向斜軸部，此向斜的軸向60°，地層傾角一般在7°左右。在已揭露的巷道中，發現有3個正斷層，斷距一般在1 m左右。

（5）瓦斯：12#煤的瓦斯含量為19.39m3/t，由于工作面處在向斜軸部，在回采中要加強通風和瓦斯管理工作，使瓦斯對生產的影響降低到最小程度。

（6）水文地質條件：2119工作面的上方有陽煤集團二礦3#煤的采空區沿走向方向伸入350 m，據調查此采空區有大量積水。在2119工作面回采前，礦井對此采空區的老空水進行了探放。工作面北部為西峪小煤窯12#煤采空區，此小煤窯含有大量的積水。同時此小煤窯的越界情況不清楚，因而開采前在切眼內落山側先打一排煤鉆孔，以確定2119工作面的隔水煤柱的安全性，同時在開采過程中應加強對工作面落山側涌水量的監測。

4.2 工作面切眼巷實行前、后腰巷后的安裝工藝

（1）液壓支架由回風順槽運進,從運輸順槽端頭開始安裝，安架順序：1#～120#。

（2）液壓支架安裝時將將所安裝支架前側的前腰巷3 m范圍內的單體液壓支柱拆除，就近在平行于切眼方向架設2根4.2 m半圓木梁來臨行維護頂板，直到工作面全部安裝完畢后再降架拆除半圓木。

（3）液壓支架運輸接近指定安裝地點時，用回柱機將支架從拉架車上卸下，進行調向、定位。卸架前清理干凈周圍的雜物，保證卸架安全。在卸架與調向過程中，保證鋼絲繩與支架連接牢固可靠。

（4）1#架到位后，調整方向，先安裝支架底座和前生產溜的聯結裝置，當銷孔對齊后，上銷固定，然后接通管路，升架接頂，伸出前探梁頂死煤幫。

（5）以此類推，調向安裝2#～119#架，注意：1#～4#架以及118#～120#架均為過渡架， 在升架接頂后要及時伸出前探梁頂死煤幫。

（6）120#的架安裝。120#架在切眼口完成調向，利用絞車配合單體柱緊靠119#架安裝，具體的安裝方法與1#架相同。

4.3 支架鉆進過程

工作面一次采全高，全部垮落法管理頂板。采煤機采用端頭斜切進刀方式，采煤機前后滾筒與生產溜的鏟煤板相配合，將截割下的煤裝入生產溜內，工作面內過渡架采用本架操作，中間架的移架、移溜采用鄰架操作。當割第一刀煤移架時，降架幅度控制在100mm左右，要求緩慢分次移動，逐步達到滾筒截深。

4.4 效果

采用前、后腰巷設計后，初采時有效地控制了頂板，提高了回采速度，前腰巷沒有采用永久支護，可提前使支架后部的頂板冒落，縮短老頂初期來壓時間，利于瓦斯管理。

5 將工作面切眼巷布置為前、后腰巷

后腰巷斷面寬×高為：3.5 m×2.8 m（沿穩定層擱頂），采用“錨索+金屬網+錨桿”聯合支護，半煤巖綜掘機沿煤層底板掘進；前腰巷斷面寬×高為：2.5 m×1.4 m（煤層厚度）,單體液壓支柱+半圓木梁做臨時支護，采用炮掘的方式沿煤層底板掘進煤層部分；支架安裝時拆掉安裝支架前側的臨時支護，將支架頂梁直接插入前腰巷后及時升柱接頂，有效地控制了頂板，確保了工作面初采時的順利進行，這項創新在12#煤2119工作面的回采工作中獲得了成功。2119開切眼斷面見圖1。

圖1 2119開切眼斷面 單位/mm

6 經濟效益分析

1）支架頂梁前部分已伸入煤層中，采煤機割煤過后通過及時拉架便可完全控制頂板冒落，

2）支架在安裝時頂梁靠支柱的液壓作用已完全接頂，保證支架的初撐力達到設計要求。

3）由于前腰巷設計高度為煤層的厚度，即沿煤層底板炮掘煤層部分，采用單體液壓支柱+半圓木梁做臨時支護來支護頂板，這樣可降低錨網支護面積，可保證在回采后支架頂板能及時垮落以達到充填采空區的要求，這樣可有效防止支架后身形成瓦斯積聚區，利于工作面初采期間的瓦斯管理。

4）前腰巷只炮掘煤層部分，且采用單體液壓支柱+半圓木梁做臨時支護來支護頂板，提高了掘進進度，減少了出矸量和支護材料，而且不用在頂梁上支設木垛接頂，降低了坑木的使用量。

〔1〕徐廷甫.極薄煤層爬底式高效綜采技術[M].中國礦業大學出版社，2011（9）：23-31.

〔2〕周 偉，朱宗磊.薄煤層綜采工作面轉采及收尾技術研究[J].中國高新技術企業，2010（22）：165.

〔3〕王文星，張 勇，柳海濱.薄煤層綜采工作面撤面造條件安全技術研究與應用[J].黑龍江科技信息，2013（19）：68.