大采高一次采全高工作面技術(shù)問題分析及優(yōu)化

徐 良

（山西晉神沙坪煤業(yè)有限公司，山西 河曲 036500）

我國許多大型煤田厚煤層普遍發(fā)育［1］，針對厚煤層的開采方法主要包括綜采放頂煤、分層開采和一次采全高采煤法。其中分層開采效率較低，生產(chǎn)成本較高；綜采放頂煤設(shè)備復(fù)雜，更適合于5～15 m的厚煤層開采； 大采高一次采全高采煤法對4～7 m的厚煤層開采獨具優(yōu)勢［2-3］。但是大采高工作面由于煤墻出露面積較大，也存在煤墻、頂板管理困難以及周期來壓破壞力強、液壓支架控制困難等問題［4-7］。本文以山西晉神沙坪煤礦18204 工作面為例，對大采高工作面存在的問題進行分析，并提出優(yōu)化方案。

1 工作面概況

沙坪煤礦18204 工作面主采8#煤層，該煤層整體呈單斜構(gòu)造，傾向北西，該工作面位于一水平北部，系走向長壁回采工作面，走向長1 583 m，傾向長195 m。工作面煤層厚度4.5～5.3 m，平均5.0 m，煤層傾角超過40°，煤層結(jié)構(gòu)簡單，偶見一層夾矸，夾矸厚度平均0.25 m。煤層偽頂不發(fā)育，直接頂為泥巖- 砂質(zhì)泥巖，厚度2.5 m，基本頂為中砂巖，厚度7.2 m，煤層直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度2.1 m，基本底為細砂巖，厚度3.3 m。采用綜合機械化一次采全高回采工藝，全部垮落法管理頂板，采高5 m。

2 問題分析

18204 工作面煤層賦存穩(wěn)定，生產(chǎn)條件較好，日循環(huán)最高回采8 刀，平均日回采4.5 m，日產(chǎn)量平均為6 581 t，最高產(chǎn)量紀錄為8 235 t，月平均采出量183 610 t，采出率93%。但是由于其采高較大，且煤層節(jié)理裂隙發(fā)育，回采期間出現(xiàn)了很多問題，對工作面安全產(chǎn)生造成不利影響。

1）煤墻片幫、漏頂。18204 工作面采掘揭露斷層7 條，煤層節(jié)理、裂隙較發(fā)育，尤其構(gòu)造影響區(qū)域更為明顯，由于采高較大，在回采期間工作面煤墻產(chǎn)生較為嚴重的片幫冒頂現(xiàn)象。在回采前期，片幫漏頂長度近40 架，片幫最嚴重的區(qū)域空頂深度大于3 m，空頂面積最大約15 m2。

工作面回采期間，溜子經(jīng)常出現(xiàn)被壓死的現(xiàn)象，最嚴重時導(dǎo)致6 天無法按計劃正常回采。煤墻片幫情況見圖1。

圖1 煤墻片幫情況

2）支架不穩(wěn)。18204 工作面大面積的片幫漏頂，使液壓支架接頂不牢、初撐力不足，導(dǎo)致支架發(fā)生失穩(wěn)、下滑等情況，降低了支架穩(wěn)定性。若不及時采取措施，容易出現(xiàn)工作面大面積倒架、咬架事故，影響工作面正常回采。

3）切眼滾矸現(xiàn)象較多。工作面在回采期間，經(jīng)常出現(xiàn)大塊矸石滾落，嚴重影響工作面回采安全。

綜上所述，在工作面回采期間存在的主要問題是片幫冒頂、支架不穩(wěn)和滾矸，應(yīng)針對這些問題采取相應(yīng)的安全措施。

3 18204 工作面回采優(yōu)化方案

3.1 優(yōu)化三機配套

對大采高工作面圍巖和液壓支架的穩(wěn)定性進行分析，結(jié)合工作面實際生產(chǎn)地質(zhì)條件，采用ZY8000/24/50D型支撐掩護式支架、MG500/1200-3.3D雙滾筒采煤機和SGZ1000/1400 型刮板輸送機進行配套。采用液壓支架優(yōu)化軟件優(yōu)化18204 大采高液壓支架的結(jié)構(gòu)參數(shù)，一是使液壓支架的立柱均支撐于頂梁上，且垂直于頂板，提升其支撐強度，使支撐力向頂梁后側(cè)合理轉(zhuǎn)移，增加切頂性能；二是優(yōu)化液壓支架的掩護梁，改為斷面可變的整體箱結(jié)構(gòu)，并加強前后連接桿和頂梁結(jié)構(gòu)，在主肋處焊接4 塊加強板，提高承載性能；三是18204 工作面所采煤層比較松軟，為增加底座的受力面積，將其設(shè)計為整體形式，同時將支架底部改為弧形結(jié)構(gòu)，減少支架的移架阻力，防止鉆底；四是增設(shè)立柱，提高工作阻力，更好的抵御頂板來壓期間的頂板下沉，有效防范工作面煤墻片幫，提高液壓支架穩(wěn)定性。

3.2 優(yōu)化回采工藝

根據(jù)18204 工作面生產(chǎn)技術(shù)條件和裝備條件，結(jié)合工作面地質(zhì)條件，優(yōu)化18204 工作面的回采工藝。

（1）18204 工作面為大采高一次采全高工作面，對上端頭留設(shè)三角煤，斜切進刀，上行挑頂清煤，下行割煤，從下往上鄰架操控移動支架，全部垮落法管理頂板，控制控頂距在4.711～5.511 m之間。

（2）充分利用推溜桿側(cè)千斤頂，調(diào)整為向上傾斜，防止刮板輸送機下滑；利用千斤頂調(diào)整工作面的偽仰斜角度，控制在4°范圍內(nèi)，使運輸巷超前回風(fēng)巷最大距離小于8 m，這樣更有利于控制煤墻片幫情況。工作面?zhèn)窝鲂鼻闆r見圖2。

圖2 工作面?zhèn)窝鲂鼻闆r

（3）單體柱配合鉸接梁加強支護，單體柱均采用防倒措施，利用直徑8 mm鋼絞線纏繞單體柱一圈，采用保險扣與鉸接梁相連，相鄰柱體捆綁防倒繩，防止出現(xiàn)倒柱。

3.3 弱化堅硬頂板

為了降低液壓支架荷載，減少動載系數(shù)，需要對頂板垮落步距進行控制，減小頂板冒落面積，緩解周期來壓對工作面產(chǎn)生的沖擊［6］。本次采用切眼老頂深孔預(yù)裂、采空區(qū)老頂深孔探測和上下巷頂板深孔切頂綜合技術(shù)方案。在上、下巷采用雙側(cè)布孔方式，每組布設(shè)鉆孔3 個，分別為輔助老頂孔、老頂切斷孔以及端頭切斷孔。

在上、下巷超前切眼100 m處，各布置一組切斷孔，布設(shè)間距為100 m。為了對采空區(qū)上方老頂切斷情況進行檢測，在下巷煤墻20 m頂板處，向采空區(qū)側(cè)布置1 個查驗鉆孔，對老頂破壞情況進行檢測。堅硬頂板弱化方案見圖3。

圖3 堅硬頂板弱化方案

3.4 煤墻安全控制

18204 工作面煤墻產(chǎn)生大面積片幫的原因主要包括：煤體力學(xué)性質(zhì)和礦山壓力等［7］，通過現(xiàn)場實際勘查，提出如下控制措施。

（1）煤層注水。煤層注水可以提高煤體的塑性，提高煤墻成型條件，減少片幫現(xiàn)象的發(fā)生。本次煤層注水在工作面煤墻側(cè)開展，共設(shè)計兩排，排間距2 m，單排注水孔距5 m，上排孔距頂1.5 m，下排孔距底1.5 m，上下兩排交錯施工。注水孔孔徑42 mm，孔深10 m，注水壓力控制在2 MPa以上，孔口采用1.2 m的橡膠膨脹膠囊自動封孔器進行封孔，連接直徑為10 mm的高壓注水膠管進行注水。工作面每回采5 m注水一次，注水時間不得低于30 min，一般為注水鉆孔四周影響范圍內(nèi)煤墻出汗為止。

（2）采用波雷因材料對煤墻進行加固，充分利用上、下端頭的鉆孔和瓦斯抽放鉆孔進行超前注漿加固。加固后不影響工作面正常回采，同時能夠?qū)ぷ髅鎯?nèi)地質(zhì)構(gòu)造破碎帶進行改造，提高煤層的承載性能，減少片幫發(fā)生。

（3）采用礦壓監(jiān)測設(shè)備，對工作面礦壓開展動態(tài)檢測，分析頂板周期來壓時間，提前進行預(yù)測工作，采取有針對性的防范措施。

4 結(jié)語

1）工作面通過三機配套、優(yōu)化回采工藝、弱化堅硬頂板、煤層注水、注漿加固綜合措施后，18204大采高工作面在回采期間，工作面回采率提高至95%，有效減少煤墻片幫、漏頂現(xiàn)象，工作面液壓支架未出現(xiàn)倒架、咬架情況，改善了工作面的生產(chǎn)環(huán)境，提高了生產(chǎn)效率。

2）隨著煤礦設(shè)備的發(fā)展，重型裝備的應(yīng)用，厚煤層大采高一次采全高工藝將越來越多的應(yīng)用于生產(chǎn)中，但是隨著工作面采深的增加，開采難度會逐漸增大，因此需要對實際生產(chǎn)條件進行分析，采取針對性的控制措施，確保工作面安全高效回采。