整體頂梁組合懸移液壓支架放頂煤工藝的應用

閆大利

（西山煤電集團有限責任公司鎮城底礦， 山西 古交 030200）

鎮城底井田位于山西省太原市西北部西山煤田西北隅，屬古交市鎮城底鎮轄區，距離古交市西北11 km處，井田東西寬5.9 km，南北長約5.6 km，礦區面積約33 km。現主要開采煤層為8號、9號、10號煤層，8號煤層1.70～5.65 m，平均厚度4.02 m，頂板為廟溝灰巖，局部為中砂巖或粗砂巖，底板為泥巖。該煤層結構復雜，常含2-3層夾矸，該煤層在全區是最厚的可采煤層，可采指數為1，變異系數為9.2%，屬較穩定型煤層。

鑒于煤層變化的特殊性，采用一次采全高與分層開采工藝較為困難，結合工作面地質情況選用放頂煤開采工藝可大幅提升礦井的回采效率，整體頂梁組合懸移液壓支架放頂煤開采工藝是在配型鋼梁放頂煤開采技術基礎上創新發展而來。

1 工作面概況

22603工作面平均煤厚4.02 m，煤層平均傾角7°，煤層結構為 0.65（0.40）1.04（0.09）1.00（0.15）1.95 m，節理裂隙發育，硬度系數f=1.5～2.0屬中硬度煤層。煤層整體呈單斜構造、賦存穩定，水文地質條件簡單。

工作面偽頂為厚0～0.3 m炭質泥巖，極易垮落；直接頂為砂質泥巖，平行層理，可以隨采隨冒；老頂為粉砂巖，半堅硬；直接底為砂質泥巖。頂煤冒放性屬三類，適合于放頂煤開采。受風氧化帶影響，以正巷與切眼交匯處為圓心，半徑50 m以內工作面扇形區域頂板破碎。

1.1 工作面布置

22603工作面采用“U”型方式布置，工作面走向長287 m，傾斜長79 m，平均傾角7°，皮帶巷進風、軌道巷回風均為單巷。切眼及順槽沿煤層底板布置，斷面均為矩形，采用錨網索鋼帶支護，切眼寬4.3 m、高2.5 m、面積 9.83 m2，切眼缺口寬 4.5 m、高 2.3 m、面積 12.5 m2，順槽寬 3.5 m、高 2.3 m、面積 6.8 m2。

全工作面85架支架，ZH2000/16/24Z中部支架82架、ZH2600/16/24Z端頭支架3架（機頭），配備MG170/410-WD 采煤機 1臺、SGZ-630/160（80）刮板輸送機2部。

1.2 支護設計

根據倍數巖重法，計算工作面上覆巖石所需支撐阻力：

式中：P為工作面上覆巖石所需支撐阻力，N；n為不同條件下上覆巖層厚度和采高之比，一般中等穩定以下頂板可取6～8倍，取8倍；M為工作面采高，2.2 m；γ為上覆巖層平均密度，取24.5 kN/m3；b為梁端距，取0.3 m；L為頂梁長度（加前伸梁長），取4.0 m；B為支架中心距，1.0 m；η為支撐效率，一般支撐掩護式支架可取0.7～1.0，取1.0。

根據計算比較，所選用的ZH 1600/16/24ZL型整體頂梁組合懸移液壓支架，額定工作阻力2 000 kN＞1 835 kN，滿足支護強度要求。

2 整體頂梁組合懸移支架放頂煤工藝應用

2.1 工藝應用

2.1.1 應用情況

1）工藝流程。割煤→伸前伸梁→推前溜→拉后溜→移架（收前伸梁）→放頂煤。

2）工藝應用情況。該工藝在22603工作面試用，2018年6月安裝，7月12日正式回采，2018年11月10日收尾完成、工作面封閉；現設備全部搬到22605工作面安裝使用。應用以來支架運行狀況良好，能適用工作面地質變化。

3）礦壓監測分析，通過對22603工作面礦壓進行監測分析，支架平均工作阻力1 350 kN，平均支護強度0.53 MPa；初次來壓時支架最大工作阻力1 765 kN，達到支架額定工作阻力的78%，最大支護強度0.6 MPa[1]。分析得出，支架可滿足較大來壓強度，額定工作阻力和支護強度均達到支護技術標準與要求。現場觀測頂板初次來壓步距為10～12 m，周期來壓步距平均為5 m。

2.1.2 效果分析

1）滿足工作面安全保障。與單體π梁支護相比：整體頂梁組合懸移支架整體性強，穩定性好；易操作，能快速移架，可實現及時支護，使采煤工藝更加銜接緊湊，極大地提高了工效；護頂面積達95%以上，實現了對頂板的封閉性支護，不容易出現漏頂現象，事故率大大降低，使用以來未發生一次輕傷以上事故；頂煤回收率可達93%以上；空間寬敞，便于作業、行人和運輸；機頭段3架為專用端頭支架，能滿足設備安裝和有效支護頂板。較分體頂梁懸移支架放頂煤工藝相比，支架橫向穩定性好，頂板來壓時，有效降低安全事故的發生概率[2,3]。

2）工人勞動強度大大降低。與單體π梁支護相比，減少了單體頂梁反復支設等很多工序和減去了人工回柱、梁等繁重的體力勞動；在同等條件下，可縮短勞動時間3～4 h，降低工人勞動強度45%，尤其是移架、支柱時大大減輕了工人勞動強度和減小了危險系數。

3）作業環境改善了。與單體π梁支護相比，液壓系統實現閉路循環，減少了乳化油的消耗，工人不濕衣服，作業環境得到改善。

4）對松軟底板工作面適應性強。該支架在堅硬底板工作面使用時，每根立柱下穿鞋；在軟底板工作面使用時，支架可兩前柱、兩后柱各共用一個底盤，增加底盤面積，從而有效解決支架立柱嚴重鉆底現象。若不放頂煤時，支架前后四柱可共用一個底盤，底盤面積更大。

5）經濟效益分析。懸移支架放頂煤工藝與單體π梁普采工藝相比，平均單產6.2萬t/（月·個），提高了4.37萬t/（月·個）；直接工效29.5t/工，提高了22.7t/工；材料費1.5元，降低了11.5元/t；回采率93%，提高了63%，并延長了礦井服務年限。

2.2 注意事項

1）合理規劃采區和布置采面。根據鎮城底礦地質構造和懸移支架放頂煤工藝要求規劃采區巷道，提升回采效率；根據采區規劃和煤層傾角合理布置采面，盡量采用仰采方式。一方面可以防止移架和放頂煤過程中采空區矸石大量涌入工作面，同時也可防止采空區側冒落的頂板矸石沖擊支架后柱，另外不易造成頂梁前端空頂。

若只能采用俯采方式，則尾梁必須加裝擋矸鏈，并嚴禁空頂作業。頂梁前端不可有空頂，必須緊貼煤壁，如不能緊貼時可在移架時前梁下支設單體調整。

2）控制好循環進度和采高。整體頂梁組合懸移支架整體性強，但靈活性較差，為了使支架正常推進和支護有效，就必須嚴格控制好循環進度和采高。

3）利用好支架的整體性能。加強日常維護，按要求備好相應數量的備品備件，及時更換支架受損部件；若出現倒架、擠架、托梁錯開，必須及時處理；確保支架的整體性能和支護效果。

4）過地質構造嚴格執行專項措施。整體頂梁組合懸移液壓支架在工作面內局部坡度較大、頂板出現較大高低錯差或者遭遇地質構造時，容易造成局部地段空頂接頂不實現象，或發生支架上竄、擠架、損壞托梁等問題。工作面盡量保證“四直、兩平、兩間隙、兩暢通”的工程質量；回采期間，如遇地質構造或頂板不平時，在割煤后應及時在支架頂梁與頂板間充填木料接頂處理，保證支架接頂嚴密；頂板破碎，片幫嚴重時，須在支架上方鋪設金屬網護頂，防止煤壁側漏頂和控制頂煤回收。在傾斜回采工作面布置時，順槽和切眼應根據開采煤層平均傾角選擇科學的偽斜角，避免支架與刮板輸送機的上竄下滑[4,5]。

5）合理控制頂煤回收。放頂煤時，根據采空區頂板垮落情況，嚴格控制放煤量。初次垮落完成前，收尾鋪網開始，工作面煤壁片幫嚴重，頂板壓力異常增大，以及煤壁區控頂范圍內，嚴禁進行頂煤回收，以使支架上方及后方都有煤體掩蓋，確保支架的穩定性。頂煤不易垮落時，需在支架施工預裂爆破眼的位置，進行預裂爆破，保證頂煤回收率。利用擋矸板和加裝擋矸鏈，有效防止老空竄矸，頂煤的混矸率大大降低，相應也改善了煤質。

6）抓好初采初放、收尾等關鍵環節。初采初放期間、頂板破碎和煤體松軟時，要控制煤壁發生側漏頂現象；易破碎的頂底板要在支架上插梁和鋪金屬網進行護頂，控制頂煤回收。

3 結語

實踐證明，整體頂梁組合懸移液壓支架放頂煤開采工藝在鎮城底礦22603綜放工作面的應用取得良好效果，該工藝有效解決了單體液壓支柱式采煤工藝在空頂條件下的安全生產難題，與傳統的單體π梁普采工藝相比具有安全系數高、適應性強、開采效率高等優點，同時優化了礦井和工作面的通風、生產和運輸系統，在礦井小塊段及邊角煤開采應用上適用范圍廣，提升礦井的開采工藝水平，為鎮城底礦實現高產高效、提高工作面回采率提供了有力保障。