新大地公司15404大采高工作面采煤工藝優(yōu)化

徐小航

(陽泉集團(tuán)泰安煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000)

0 引言

采煤工作面兩巷沿頂板布置，提高了頂板支護(hù)強(qiáng)度，降低了起底難度，減少了兩巷維護(hù)費(fèi)用投入[1-3]。但在回采過程中出現(xiàn)機(jī)頭機(jī)尾過渡段丟底煤比較嚴(yán)重，同時(shí)造成液壓支架管理難度增大，設(shè)備事故率增加，帶來了許多不安全因素[4-6]。為此，新大地公司15404大采高工作面對(duì)原設(shè)計(jì)的大采高回采工藝進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后進(jìn)風(fēng)巷采用巷道修復(fù)機(jī)進(jìn)行起底，采煤機(jī)將回風(fēng)巷割透，將過渡段和回風(fēng)巷的底煤通過采煤機(jī)直接截割回收，工作面及機(jī)尾沿底板推進(jìn)，機(jī)頭起底后最大限度減少底煤的丟失。

1 工作面概況

1.1 地質(zhì)條件及巷道布置

地質(zhì)條件：15404工作面可采走向長(zhǎng)度1 107 m，傾斜長(zhǎng)度190 m，平均煤厚5.38 m，工業(yè)儲(chǔ)量1 584 206 t，可采儲(chǔ)量1 425 785 t。本工作面煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。工作面直接頂為黑色泥巖，厚度8.18 m，性軟，斷口平坦?fàn)睿参锔o化石；老頂為細(xì)砂巖，厚度7.82 m，黑灰色，薄層狀，水平層理，粉粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，成份以砂質(zhì)為主；直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度2.8 m，性脆，斷口參差狀，含豐富的植物化石。根據(jù)坑透資料顯示，工作面存在DF2和KTF1斷層，預(yù)測(cè)DF2斷層斷距為0～4 m，KTF1斷層斷距小于1/2煤厚局部可能接近于1/2煤厚，X1、X2、X3這3個(gè)陷落柱構(gòu)造，對(duì)回采有一定影響。工作面水文地質(zhì)簡(jiǎn)單，水量主要來源地下水，正常涌水量為0～5 m3/h，最大涌水量為20 m3/h。

巷道布置：工作面共布置4條巷道，一條進(jìn)風(fēng)巷、一條回風(fēng)巷、一條低位抽采巷和一條走向高抽巷，全風(fēng)壓通風(fēng)，如圖1所示。工作面進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)及切巷均沿煤層頂板布置，頂板采用錨索、錨桿、鋼帶、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。低位抽采巷位于15號(hào)煤層頂板上方約5 m，水平距離回風(fēng)順槽34 m，頂板采用錨索、錨桿、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。高抽巷沿11號(hào)煤層頂板布置，水平距離回風(fēng)順槽65 m，頂板采用錨桿、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。

圖1 15404工作面巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖

1.2 設(shè)備配備及安裝

工作面設(shè)備配備：采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化一次采全高的采煤方法，雙滾筒采煤機(jī)落煤裝煤，液壓支架維護(hù)頂板，刮板輸送機(jī)運(yùn)煤。工作面進(jìn)風(fēng)順槽端頭采用ZYD12000/26/56D型端頭架維護(hù)端頭頂板，回風(fēng)順槽端頭采用ZYG12000/27/62D型過渡架維護(hù)端頭頂板；進(jìn)風(fēng)順槽超前采用ZQL2×3650/32/57型超前架維護(hù)頂板；回風(fēng)順槽超前支護(hù)采用3組ZCZ10000/26/45型超前架維護(hù)頂板采用全部垮落法管理頂板和處理采空區(qū)。主要生產(chǎn)設(shè)備詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主要生產(chǎn)設(shè)備

工作面設(shè)備安裝情況：工作面首次使用大采高設(shè)備，安裝順序?yàn)楣ぷ髁餀C(jī)頭→液壓支架→采煤機(jī)→轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)風(fēng)皮帶→設(shè)備列車。此次使用的液壓支架為ZY12000-27/62D，中心距1.75 m，現(xiàn)有巷道、運(yùn)輸設(shè)備均無法滿足支架運(yùn)輸要求。針對(duì)此情況，液壓支架解體為頂梁、立柱、小尾梁、底座4部分裝車下井，然后運(yùn)輸至工作面回風(fēng)巷。回風(fēng)巷距切巷15 m左右施工支架組裝站，利用組裝站將支架組裝完成后，再整架安裝到工作面。27架以前平均每班組裝1架、安裝、連接1架；27架以后，安裝熟練時(shí)，每班組裝2架、安裝、連接2架。

影響設(shè)備安裝的主要因素：①工人首次接觸大采高設(shè)備，對(duì)液壓支架的組裝、設(shè)備的安裝不熟悉，工程進(jìn)度較慢；②液壓支架到貨不及時(shí)；③工作面安裝時(shí)，高抽巷和低抽巷還未貫通，導(dǎo)致靠近機(jī)尾30 m段工作溜(包括工作溜機(jī)尾)一直未安裝。

1.3 工作面生產(chǎn)情況

工作面初期生產(chǎn)情況：2018年10月24日開始初采，由于工作面進(jìn)、回風(fēng)及切巷均沿頂板布置(進(jìn)風(fēng)巷高4.0 m，回風(fēng)巷高3.6 m，切巷高4.0 m)，工作面初采后需要進(jìn)行調(diào)整。工作面21～90#架沿底板推進(jìn)，機(jī)頭(尾)20架為過渡段，進(jìn)風(fēng)巷丟底煤1.4 m，坡度2.5°，回風(fēng)巷丟底煤1.8 m，坡度3°。截止10月31日，工作面累計(jì)推進(jìn)12 m，工作面采高均在5 m，工作面21～90#架仍掩底煤(0.4 m左右)，需要進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整并達(dá)到規(guī)程要求。11月份經(jīng)過對(duì)工作面的調(diào)整，機(jī)頭(尾)采高與進(jìn)回風(fēng)巷高度一致(機(jī)頭采高4 m，機(jī)尾采高3.6 m)，21～90#架全部見頂見底(采高5.5 m)，支架狀況良好，接頂嚴(yán)實(shí)，煤壁平整，落山全部垮落。11月份工作面進(jìn)風(fēng)推進(jìn)54.1 m，回風(fēng)推進(jìn)64.1 m，平均推進(jìn)59.1 m，實(shí)際產(chǎn)量完成82 140 t，每1 m產(chǎn)量1 389.8 t。此時(shí)工作面形成“類鍋底”狀，如圖2所示。

圖2 15404大采高工作面傾向剖面示意圖

工作面礦壓基本特點(diǎn)：本工作面進(jìn)、回風(fēng)均在實(shí)體煤中布置，回采過程中，礦壓顯現(xiàn)不明顯。①初次來壓。11月13日(推進(jìn)度：進(jìn)風(fēng)30.7 m，回風(fēng)29 m)，工作面從機(jī)頭至機(jī)尾各站點(diǎn)整體壓力逐步上升且14日為最大，平均值為34.2 MPa，最大峰值為42.51 MPa，并伴隨有煤壁片幫，且工作面中部20架支架的安全閥開啟，11月15日(推進(jìn)度：進(jìn)風(fēng)37.9 m，回風(fēng)36.2 m)后，又出現(xiàn)壓力回落，趨于穩(wěn)定。因此，可判定11月14日(推進(jìn)度：進(jìn)風(fēng)34.3 m，回風(fēng)32.6 m)為初次來壓，來壓步距為33.5 m;②周期來壓。周期來壓步距為15～20 m，周期來壓期間，工作面局部出現(xiàn)片幫，部分支架安全閥開啟。

1.4 生產(chǎn)過程中存在的問題

首先在工作面回采過程中，機(jī)頭(尾)過渡段為減少丟底煤，坡度一般大于理論坡度，工作面支架管理存在一定難度。拉架過程中需要采取必要的調(diào)架措施，當(dāng)支架重心偏離煤溜中心線0.2 m以內(nèi)，采用側(cè)護(hù)板擺架，支架歪斜角達(dá)到5°，要及時(shí)采取機(jī)械擺架針對(duì)性支架防倒措施[7-9]，防止支架出現(xiàn)歪斜，影響生產(chǎn)。另外工作面正常回采時(shí)，工作面形成“類鍋底”狀，機(jī)頭出現(xiàn)割不透的情況，每天檢修班需要機(jī)頭開幫，人力物力投入較大。最后機(jī)頭(尾)20架丟底煤嚴(yán)重，通過計(jì)算機(jī)頭每推進(jìn)1 m，丟底煤34.5 t，機(jī)尾每推進(jìn)1 m，丟底煤44.5 t，工作面每推進(jìn)1 m共丟底煤79 t。

2 采煤工藝優(yōu)化

2.1 具體優(yōu)化舉措

設(shè)備及流程優(yōu)化：引進(jìn)試用山東存義機(jī)電設(shè)備有限公司提供的WPZ-55/900L型巷道修復(fù)機(jī)，在工作面進(jìn)風(fēng)順槽轉(zhuǎn)載機(jī)自移機(jī)尾至破碎機(jī)處全斷面起底，起底深度0.5 m。通過延長(zhǎng)工作溜機(jī)尾段，配合采煤機(jī)將回風(fēng)巷割透，將過渡段和回風(fēng)巷的底煤通過采煤機(jī)直接截割回收。

機(jī)尾三角煤區(qū)域支架適應(yīng)性分析及措施：由于工作面平均采高約為5.4 m，機(jī)頭(尾)采高與巷道高度持平，底煤最大厚度為1.8 m，過渡段支架穩(wěn)定性不強(qiáng)，拉機(jī)頭機(jī)尾通常采用機(jī)械擺架措施[10-12]，存在不安全因素，而且支架接頂效果不好，若遇構(gòu)造，頂板破碎時(shí)，維護(hù)頂板難度增大。改進(jìn)工藝后機(jī)頭保證設(shè)備正常搭接使用的情況下，適度起底，在減小坡度的情況下，保證了支架的支撐效果，工作面平緩過渡，將資源損失降到最低，工作面機(jī)尾沿底板推進(jìn)，支架支撐高度能滿足要求，頂板控制效果較好，同時(shí)不存在機(jī)尾丟失底煤。不考慮其它因素影響，改進(jìn)前工作面日割煤4刀，單班割煤2刀，改進(jìn)后工作面單班割煤可達(dá)3刀，最高3.5刀。

2.2 優(yōu)勢(shì)分析

機(jī)尾沿底板推進(jìn)回采工藝的優(yōu)勢(shì)：①通過延長(zhǎng)工作溜機(jī)尾段，配合長(zhǎng)搖臂的MG-750采煤機(jī)將回風(fēng)巷割透，把過渡段和回風(fēng)巷的底煤通過采煤機(jī)直接截割回收，每米比原先可多回采煤炭資源約79 t，預(yù)計(jì)共可多回收煤炭資源約7.7萬t，工作面回采率達(dá)95%以上且有效降低了煤層自然發(fā)火的可能性；②工作面至機(jī)尾全部沿底板推進(jìn)，解決了沿上層布置巷道的工作面過渡段頂板管控難度大的問題，且工作面機(jī)尾的平整度提高，提高了設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)；③工作面沿底板推進(jìn)，省去了拉機(jī)頭(尾)機(jī)械擺架的工序，減少了工作量，縮短了拉機(jī)頭(尾)時(shí)間，提高了工作面生產(chǎn)效率。

回風(fēng)端頭采用大采高端頭支架的優(yōu)勢(shì)：①大采高支架控頂范圍大、支護(hù)強(qiáng)度高，接頂效果好，支架穩(wěn)定性增強(qiáng)，三角區(qū)域煤壁壓力大幅減輕，回風(fēng)端頭頂板管控得到顯著改善；②大采高支架操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便且在支架下方作業(yè)安全環(huán)境明顯改善，安全系數(shù)得到顯著提高。

兩巷使用超前支架支護(hù)工藝優(yōu)勢(shì)：①工作面兩巷超前采用超前架取代了進(jìn)回風(fēng)超前范圍原有單體柱的支護(hù)方式，提高了安全生產(chǎn)系數(shù)并有效的降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度及勞動(dòng)用工；②使用超前液壓支架，增加控頂面積，實(shí)現(xiàn)了全斷面控制頂板，提高了對(duì)頂板的支撐強(qiáng)度，保護(hù)了頂板完整性，為過機(jī)頭機(jī)尾提供了保障。

3 結(jié)語

新大地公司15404工作面采煤工藝優(yōu)化成功后，大幅提高了資源的回收率，增強(qiáng)了支架的穩(wěn)定性和控頂性能，縮短了拉機(jī)頭機(jī)尾的時(shí)間，提高了工作面回采效率，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。與原生產(chǎn)工藝相比取得了更大的經(jīng)濟(jì)效益，優(yōu)化后不僅最大程度上減少了資源的浪費(fèi)，也避免了由于工作面客觀條件的限制而造成不必要的設(shè)備和人身安全事故的發(fā)生，對(duì)厚煤層回采工作面進(jìn)回風(fēng)兩巷沿頂板布置支架控制難度大，底煤丟失嚴(yán)重的關(guān)鍵技術(shù)難題起到一定借鑒作用。同時(shí)，對(duì)指導(dǎo)陽泉礦區(qū)大采高綜采技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐及推動(dòng)安全、高產(chǎn)、高效煤炭開采技術(shù)的發(fā)展具有積極意義。