綜采放頂煤工作面常見問題分析與解決方法研究

尹彥鑫

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)大同有限公司，山西 大同 037000）

引言

在綜采放頂煤采煤技術(shù)的應(yīng)用中，回采工作面極易被以下因素影響：條件較差的煤層賦存和相對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)開采環(huán)境，以致發(fā)生瓦斯?jié)舛却蠛椭Ъ艿股踔镣嵝?，還有漏頂和煤壁片幫的后果，無法進(jìn)行安全生產(chǎn)和正?；夭晒ぷ髅?。因此，以晉能控股煤機(jī)集團(tuán)某礦3號(hào)煤層為例，重點(diǎn)分析了綜采放頂煤面對(duì)瓦斯?jié)舛却蠛偷刭|(zhì)復(fù)雜情況的相關(guān)原因并提出相應(yīng)的對(duì)策。

1 開采放頂煤概述

1.1 工作面

某礦煤層3號(hào)的厚度在3.0~6.0 m內(nèi)，所以大約可達(dá)4.7 m的平均厚度，具備相對(duì)簡(jiǎn)單的煤層結(jié)構(gòu)，上部透氣性不是很好，因?yàn)槭屈S土和粉末狀，中部是泥巖夾矸，厚度約為0.1~0.2 m，煤層存在0.97的變異系數(shù)，而下部一般是粉末和碎塊狀。掘進(jìn)方向順著煤層頂板進(jìn)風(fēng)順槽，可以進(jìn)風(fēng)以及運(yùn)輸煤炭和行人。巷道支護(hù)選擇了錨網(wǎng)索梁，具備3 000 mm的斷面凈高和4 600 mm的斷面凈寬。頂板工作面選擇液壓支架的型號(hào)是ZF4000/14/28，支護(hù)型號(hào)是ZFG4800/19/30，支架支撐高度具有1.4 m的最小值和2.8 m的最大值。布置工作面是2.0 m的采高和150 m的長(zhǎng)度，頂煤選擇2.7 m的厚度，當(dāng)1：1.35采放比時(shí)，可達(dá)93%的回采率。開采方式選擇后退式傾斜長(zhǎng)壁俯斜模式，采煤機(jī)械化綜合放頂煤時(shí)，放頂煤緊隨割刀煤后進(jìn)行，管理頂板的作業(yè)模式是“一采一放”的全部垮落法[1]。

1.2 放頂煤具體操作過程

綜放工作面割煤方式是單向斜切從端部進(jìn)刀，而落煤得割煤方式則是雙向的，因?yàn)槠洳擅簷C(jī)為雙滾筒模式，上部煤的割煤方式利用前滾筒，下部煤的割煤方式利用后滾筒，最后刮板前部輸送機(jī)把最終的落煤運(yùn)出，刮板前部工作面的輸送機(jī)還可以利用推溜過程鏟入余煤，而礦山壓力將頂煤冒落破碎后順著支架切頂線下來，再利用自溜自裝模式下的尾梁支架放煤口達(dá)到運(yùn)輸機(jī)的后部刮板。采煤放頂?shù)闹饕鞒贪╗2]：維護(hù)端頭并檢修機(jī)電，接著注水煤層并完成割煤和幫板的收護(hù)，在進(jìn)行支護(hù)前探后將護(hù)幫板打開，然后輸送機(jī)推前部，緊接著伸縮梁收回去，完成移架后再放頂煤，最后一步是輸送機(jī)拉后部。

2 開采放頂煤常見現(xiàn)象

2.1 發(fā)生嚴(yán)重的漏頂及煤壁片幫情況

因?yàn)楣ぷ髅孢M(jìn)行放頂煤時(shí)會(huì)遇到較厚的煤層，在煤質(zhì)松軟環(huán)境中的煤機(jī)進(jìn)行割煤時(shí)極易出現(xiàn)煤壁片幫現(xiàn)象，頂煤冒落主要因?yàn)檩^大的端面距，所以最終出現(xiàn)了漏頂現(xiàn)象。煤機(jī)割煤因煤質(zhì)松軟出現(xiàn)的漏頂和煤壁片幫后，無法在支護(hù)煤壁環(huán)節(jié)將護(hù)幫板打開；此外，而且下扎支架前因?yàn)檩^薄的頂煤而無法有效地托住，頂煤冒落便出現(xiàn)在拉架環(huán)節(jié)；另外漏頂和煤壁片幫還與采高超高以及支架接頂不實(shí)有關(guān)。

2.2 極易出現(xiàn)支架倒架

當(dāng)支架頂?shù)讻]有嚴(yán)密貼合時(shí)，會(huì)因不均衡的受力和互相制約的兩個(gè)支架而出現(xiàn)采煤工作面出現(xiàn)支架倒架的后果。頂煤部分發(fā)生片幫主要是因?yàn)椴筛咻^高出現(xiàn)的，此時(shí)移架極易出現(xiàn)倒架也是因?yàn)槲赐昝蕾N合頂部；割煤后的拉架支護(hù)不及時(shí)也會(huì)出現(xiàn)漏頂?shù)辜艿暮蠊?；操作完成后必須及時(shí)將手把歸零，否則支架在移動(dòng)或者下降上升時(shí)便會(huì)交錯(cuò)重疊支架。頂?shù)装逵龅狡扑轫敯迳踔翑鄬訁^(qū)域，因圓木接頂不及時(shí)和不平整的平面，會(huì)出現(xiàn)個(gè)別歪斜支架，當(dāng)操作不當(dāng)或者不及時(shí)恢復(fù)支架未便會(huì)出現(xiàn)大面積的歪斜倒架。整體漏頂?shù)那闆r是因?yàn)閲?yán)重的片幫被松軟的煤質(zhì)導(dǎo)致的；當(dāng)較慢的開采出現(xiàn)在空頂環(huán)節(jié)，過久暴露較低的頂板會(huì)發(fā)生漏頂?shù)辜埽饕蚴俏醇皶r(shí)剎頂。

2.3 涌出持續(xù)上升的絕對(duì)瓦斯量

通常開采放頂煤遇到煤層較厚時(shí)，必須在某個(gè)厚度的煤層或者順著底板煤層，布置采煤工作面為2~3 m范圍的采高。本礦的瓦斯相對(duì)較高，所以瓦斯含量在煤層里也不低，及時(shí)提前打鉆抽放了煤層里的瓦斯含量，其剩余的瓦斯也不低，主要是因?yàn)槠扑椤⑺绍浀拿嘿|(zhì)，所以瓦斯?jié)舛葻o法利用抽放達(dá)到良好的效果。故，當(dāng)煤體破碎出現(xiàn)在回采中，釋放的煤體瓦斯會(huì)導(dǎo)致增加上隅角回風(fēng)處的瓦斯含量，由于未充分垮落頂板，因此出現(xiàn)懸頂，在采空區(qū)會(huì)大量堆積瓦斯，當(dāng)瓦斯超出上隅角最大限度的百分之一時(shí)還未制定相關(guān)措施，則會(huì)影響回采進(jìn)度，出現(xiàn)啟動(dòng)瓦斯電閉鎖的現(xiàn)象。

3 綜采放頂煤的處理對(duì)策

3.1 控制漏頂和煤壁片幫的方案

3.1.1 漏頂時(shí)實(shí)施處理措施

工作面出現(xiàn)漏頂甚至煤壁幫后必須馬上停止作業(yè)，進(jìn)行相關(guān)的處理措施。當(dāng)漏頂是因大范圍的工作面片幫導(dǎo)致的，就要利用板皮結(jié)合圓木完成剎頂，去達(dá)到支架貼合頂板的目的。必須堅(jiān)持每日十二點(diǎn)注水到煤層濕潤煤體，可以解決煤體松軟的缺點(diǎn)，使其更加黏結(jié)。工作面完成放頂煤的割煤動(dòng)作以后，必須將護(hù)幫板立即打開，煤壁提升了支護(hù)面積后才可完成煤壁的支護(hù)動(dòng)作。剛進(jìn)行下扎支架時(shí)，小循環(huán)的人工開幫也可實(shí)現(xiàn)下扎效果?；夭晒ぷ髅娣彭斆簳r(shí)，必須牢牢把握采高，切忌超過支架限高。

3.1.2 移架時(shí)可以帶壓完成

擦頂帶壓移架：對(duì)支架進(jìn)行操作拉移手把，設(shè)置位置到拉移處，而垂直位置則是護(hù)幫板的第1和第2級(jí)，降架是利用的降架手把設(shè)置的，在遇到前移的支架時(shí)，要復(fù)“零”的是降架手把，才能拉移復(fù)位支架。

超前移架：此動(dòng)作發(fā)生的前提是，采煤機(jī)遇到嚴(yán)重破碎的頂板及片幫狀態(tài)，超前移架前無需完成割煤，剩余操作之后進(jìn)行。尤其是破碎地段，遇到無法超前移架情況時(shí)，采煤機(jī)前滾筒動(dòng)作后緊接著移架，實(shí)現(xiàn)移一架緊隨割一架之后。需要借助相關(guān)措施，才能在支架限高前提下滿足要求的初撐力，煤壁前移必須借助合理的支撐壓力。

移架護(hù)幫降架:第一步先深處支架前梁與護(hù)幫板，使煤幫被支護(hù)后再降架，拉移支架必須在前梁和支架頂梁保持水平后完成，前梁插板緩慢操作的過程是頂梁不動(dòng)但卻移動(dòng)支架底座的時(shí)候，拉移支架直至24 MPa的立柱壓力后，立刻中止升架[3]。

3.1.3 注水進(jìn)入煤體

煤層注水保證1個(gè)圓班1次，濕潤煤體才能在割煤中實(shí)現(xiàn)良好的控塵，除此之外煤更具抗壓性以及黏結(jié)性也與注水相關(guān)，保證頂煤在回采過程被合理控制。深孔和淺孔這兩種布置方式的分別應(yīng)用是：淺孔注水選擇的是三花眼注水孔，和煤墻是垂直方向，底板和第一行孔保持1.2 m距離，有6 m的孔間距以及孔深；底板和第二行孔保持45°仰角和1.7 m的距離，有6 m的孔間距以及孔深，共達(dá)160 m的工作面，施工一次的注水孔高達(dá)52個(gè)。深孔注水必須距順槽的工作面進(jìn)回口30 m，注水直接借助抽放孔即可，位置在順槽正幫處。距抽放孔五米時(shí)停止注水，必須借助棉紗或黃泥封牢抽放孔。工作面注水泵的型號(hào)選擇了1箱2泵的MRBZ-200/31.5完成注水，鉆機(jī)打眼的型號(hào)是氣動(dòng)手持式ZSQJ90/2.4型，具有Φ43 mm的釬頭直徑，麻花釬桿規(guī)格是Φ42 mm×1 000 mm，注水的封孔器和截止閥的連接總成管規(guī)格是Φ10 mm×2 mm×10 mm。封孔器是1.5 m的長(zhǎng)度Φ38 mm的直徑，為達(dá)到注水要求，最好將封孔器焊接長(zhǎng)焊管的程度是1.0 m。

3.1.4 限定采高

規(guī)定2.0 m±150 mm的采高限定，回采過程必須低于此值。保證所驗(yàn)收的工作面質(zhì)量，基本前提就是全面的支護(hù)措施。煤壁護(hù)幫板打開支護(hù)動(dòng)作緊隨割煤后，可以減少片幫，并且煤壁提升了支護(hù)范圍。

3.2 預(yù)防倒架

支架工要時(shí)刻關(guān)注工作面是否出現(xiàn)了倒架，并做出調(diào)架動(dòng)作。遇到較嚴(yán)重的情況后，必須集中力量完成安全措施，杜絕問題嚴(yán)重化。

工作面倒架大面積發(fā)生時(shí)，頂幫維護(hù)好才能扶架，特別是上方頂板和支架前方。剎頂和剎嚴(yán)設(shè)置在破碎頂板段，用到人工開幫時(shí)，要鋪設(shè)的人工假頂選擇單體鋪設(shè)和圓木結(jié)合金屬網(wǎng)。扶正順序是由上至下。扶架后要墊好底背好頂，保證頂板接實(shí)升緊的支架。

扶正拉頂梁：調(diào)出倒架額上方，設(shè)置支撐單體支護(hù)去扶正頂梁。

扶正緊隨拉架:頂梁頂板被煤巖破碎段壓住的嚴(yán)重倒架時(shí)，無法完成原地扶架必須立刻開幫拉架，保證扶正緊隨拉架動(dòng)作。

3.3 防治回采瓦斯的具體措施

3.3.1 封堵端頭

工作面回采超過3 m（10 m2）的懸頂深度，遇到未垮落的頂板順槽兩端頭或者大量涌出的老塘瓦斯時(shí)，老塘側(cè)頂板和機(jī)頭支架未緊實(shí)冒落時(shí)，1袋尼龍袋大概裝2/3的浮煤，按照從下至上的順序，壘墻到頂板幫助封堵，最后嚴(yán)實(shí)充填縫隙選擇黃泥。回采生產(chǎn)班之前必須要封堵。

3.3.2抽瓦斯提前埋好抽放管

封堵前選擇抽放管Φ400 mm的規(guī)格安裝于第一節(jié)采空區(qū)副幫處掐開，運(yùn)至100 m工作面回順寬敞地段等著回收。短接抽放管頭延長(zhǎng)到采空區(qū)。

3.3.3 完成深孔預(yù)裂爆破

工作面布置預(yù)裂孔在煤壁延伸運(yùn)順線，煤壁延伸線處完成深孔預(yù)裂爆破，保證500 mm的孔間距以及6 000 mm的預(yù)裂孔深，一次保證完成預(yù)裂孔五個(gè)，并具備70°~80°左右的水平夾角、80°的頂板和預(yù)裂孔夾角，老塘側(cè)是眼底；不斷推進(jìn)的工作面，必須保證落頂成效，所以工作面提前選擇錨桿和退錨器的剪切器，退掉切頂線和溜子機(jī)頭跟前的錨桿托板以及錨索。

4 結(jié)語

綜采放頂煤當(dāng)前的幾種方法無法合理地解決相關(guān)問題，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)和研究最終確定后期方案是引進(jìn)相關(guān)的措施，如安裝留頂煤和擋矸超前支架，可以解決地質(zhì)條件較差時(shí)在開采放頂煤過程中可減少瓦斯和煤的突出問題，達(dá)到了安全的礦井生產(chǎn)要求，可以為同行業(yè)提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。