重型綜放工藝的應用與研究

王曉平

（陽泉煤業（集團）有限責任公司， 山西 陽泉 045008）

1 工作面概況

陽煤一礦S8303 工作面為陽煤集團本部首個重型綜放工作面，工作面走向長962 m，傾向長215 m，設計采高3.5 m，采放比為1∶0.67。主采15 號煤層，埋深527.3～587.9 m，賦存于太原組下部，本工作面煤層平均厚度5.83 m。其中：直接頂為黑色泥巖，厚度1.19 m；基本頂為深灰色石灰巖，厚度11.8 m。工作面主要配備SL-750 型采煤機、ZFY13000/24/40D型兩柱掩護式低位放頂煤支架、ZFG13000-27.5/42D型兩柱掩護式過渡支架、ZTZ20000-27.5/42 端頭支架、SGZ-1000/2*855 型刮板輸送機（前部溜）、SGZ-1342/2*855 型刮板輸送機（后部溜）、PF6-1542/1*600 型轉載機（配SK1118 型破碎機）。

ZFY13000/24/40D 型支架主要技術參數：適應采高2.4～4.0 m；設計初撐力10096 kN；額定工作阻力13000 kN；控頂距5.080～5.880 m；支架中心距1.75 m；底板比壓3.4 MPa。

2 工作面礦壓規律的分析

2.1 支架壓力測點的布置

工作面共布置117 組ZFY13000/24/40D 中間支架、7 組 ZFG13000/27.5/42D 過 渡 支 架、1 組ZTZ20000/27.5/42 端頭支架，共有125 組支架。S8303 工作面長度為215 m，共布置16 個支架壓力觀測點，分別位于4 號、10 號、18 號、26 號、34 號、42號、50 號、58 號、66 號、74 號、82 號、90 號、98 號、106 號、114 號、120 號支架。

2.2 整體來壓的分析

通過觀測S8303 工作面各支架的循環末阻力并收集數據，統計分析各支架周期來壓判據，匯總得出各次周期來壓期間S8303 工作面周期數據：來壓步距為6.1～33.7 m，平均為14.9 m；來壓載荷為4 228.59～13 899.16 kN，平均為8 404.34 kN；非來壓載荷為1 155.82～5 036.63 kN，平均為4 064.77 kN；動載系數為1.18～4.46，平均為2.24；來壓持續長度為0.8～8.0 m，平均為2.45 m。

2.3 支架支護適應性的分析

2.3.1 支架工作阻力頻率分布

支架工作阻力分布在0～2 000、2 000～4 000、4 000～6 000、6 000～8 000、8 000～10 000、10 000～12 000 區間的比例平均分別為20.08%、23.42%、21.61%、20.13%、10.43%、2.67%，而支架工作阻力分布在12 000～14 000 kN、14 000～16 000 kN 區間的比例平均分別為1.66%、0.00375%。統計可得，支架工作阻力主要分布在10 000 kN 以下區間內占比為98.34%，而支架工作阻力主要分布在12 000 kN 以上區間比例，即接近或者超過額定工作阻力的比例不足2%，說明工作面支架額定工作阻力能夠滿足要求。

2.3.2 支架最大工作阻力分布

S8303 工作面各支架最大工作阻力值（見表1）。據統計表可知：工作面66 號支架工作阻力最大，最大值為14 404.3 kN，占支架額定工作阻力13 000 kN的110.80%；支架最大工作阻力平均值為13 118 kN，占支架額定工作阻力的100.91%。可見支架工作阻力能夠適應工作面頂板來壓支護需要。

表1 各支架最大工作阻力值統計表

2.3.3 支架初撐力的分析

S8303 工作面頂板支護選用ZFY13000/24/40D型掩護式液壓支架。經觀測，工作面最小初撐力為3 026.4 kN，最大初撐力為4 776.2 kN，平均初撐力為4 145.0 kN，約為支架設計初撐力10 096 kN 的41.06%，支架的初撐力明顯偏低，這與支架工現場操作時升架時間過短、立柱供液不足有關，同時也受頂板破碎等地質條件影響。

當支架初撐力過低時，工作面頂板下沉量和下沉速度會增大，從而導致支架急劇增阻，支架處于被動支護狀態，難以有效控制頂板離層、下沉。建議應確保支架合理的初撐力和位態，并有效發揮護幫板的作用，防止片幫冒頂事故的發生。

3 重型綜放工藝效果與普通綜放工藝的對比分析

3.1 普通綜放工作面概況

一礦81402 工作面為普通綜放工作面，工作面走向長1 258 m，傾向長219 m，設計采高2.8 m，采放比為1:1.48。主采15 號煤層，工作面地質條件與S8303 工作面相似。工作面主要配備MG-400/930-3.3D 型采煤機、ZF6200/17/32H 型放頂煤支架、ZFG6600/17/32H 型過渡支架、ZFT25000-20/38H 型端頭支架、SGZ-1000/1400 型刮板輸送機、SZZ-1000/400 型轉載機（配PLM-3000 型破碎機）。

ZF6200/17/32H 型支架主要技術參數：適應采高1.9～3.0 m；設計初撐力5 236 kN；額定工作阻力6 200 kN；控頂距5.810～6.610 m；支架中心距1.5 m；底板比壓1.2 MPa。

3.2 控頂護幫效果的對比分析

S8303 工作面實測平均割煤高度為3.52 m，雖然工作面采高明顯高于普通綜放工作面，但據現場觀測表明，在開采過程中，煤壁及頂板控制效果仍然很好，現場煤壁片幫冒頂不明顯，重型綜放支架對頂板的控制能力沒有明顯下降，煤壁片幫冒頂能夠得到較好控制。

3.3 采放工藝的對比分析

81402 工作面現場放煤基本以見矸即停原則，根據計算，平均放煤時間為2 min/架，由于工作面中部架數量為141 架，單循環完成放煤需要282 min，按照兩個放煤工同時放煤計算，單刀放煤時間約為141 min，而一刀煤的割煤時間約為90 min、進刀時間為40 min。工作面放煤時間與割煤總體能夠基本保持協調。

S8303 工作面放煤時間以頂煤放凈并摻入少量矸石為準，現場實測單架放煤時間為0.33～4.05 min，平均為0.95～2.34 min，總平均為1.52 min。按照117 架計算，放煤總時間為178 min，按照兩個放煤工同時放煤計算，放煤時間需要約89 min，約1.5 h。測算支架割煤速度為2.84 m/min，按照215 m 工作面測算，工作面割完一刀煤至少需要75.70 min，加上機頭機尾進刀時間，按照45 min 算，則工作面割完一刀煤需要120 min，單循環割煤時間按照2.0 h計算，從割煤與放煤協調性來看，重型綜放能夠達到較好的采放協調比例，效果更好。

經實測，S8303 工作面單架放煤時間1.52 min/架，而普通綜放面放煤時間為2 min/架。可見，重型綜放工藝放煤時間縮短，工作面采煤工序時間相應縮短，生產效率提高。

3.4 產量的對比分析

81402 工作面煤層平均厚度6.6 m，采高2.8 m，放煤高度3.8 m。工作面于2018 年3 月開始初采，地質條件與S8303 工作面相似，3 月、4 月、5 月、6 月、7月產量，分別為167 275 t、171 611 t、202 798 t、188 452 t、186 651 t。最大月產量為202 798 t，平均月產量為183 357 t。

S8303 工作面煤層平均厚度5.83 m，比81402工作面煤層厚度少0.77 m。與81402 工作面同期產量分別為96 863 t、143 891 t、226 079 t、251 852 t、198 409 t。最大月產量為251 852 t，平均月產量為183 418 t。其中：前兩個月為初采階段，產量較低；后三個月工作面進入正常開采階段，取得了較好的產量，有兩個月產量連續達到20 萬t 以上，超過81402工作面最高月產量（見表2），說明重型綜放工藝能夠更好地發揮工作面的生產能力，具有提升生產能力的空間。

重型綜放工作面實測平均采高達到3.52 m，割煤高度的增大，使放煤損耗量得到降低，且較之普通綜放工作面，工作面兩端三角煤變小，丟煤損失也會降低，提高了工作面的回收效率。S8303 工作面回收率達到89.5%，與普通綜放工作面相比提高了約2%。

表2 重型放頂煤工作面與普通放頂煤工作面同期對比

4 結論

4.1 重型綜放工作面各支架的工作阻力數據的統計分析結論

1）各次周期來壓期間，工作面周期來壓步距平均為14.9 m，來壓載荷平均為8 404.34 kN，非來壓載荷平均為4 064.77 kN，動載系數平均為2.24，來壓持續長度平均為2.45 m。

2）支架工作阻力主要分布在10 000 kN 以下區間內的占比為98.34%，而支架工作阻力主要分布在12 000 kN 以上區間的比例，即接近或者超過額定工作阻力的比例不足2%，說明工作面支架額定工作阻力能夠滿足要求。

3）工作面支架工作阻力最大值為14 404.3 kN，占支架額定工作阻力13 000 kN 的110.80%，最大工作阻力平均值為13 118 kN，占支架額定工作阻力的100.91%，說明能夠適應工作面頂板來壓支護需要。

4.2 與普通綜放工藝效果對比分析結論

1）重型綜放支架對頂板的控制能力沒有明顯下降，煤壁片幫冒頂能夠得到較好控制。

2）工作面采煤工序時間縮短，生產效率提高。

3）工作面月產量高，能夠較好發揮工作面生產能力。

4）煤炭回收率高。