挖金灣礦山4#層首采工作面開采技術研究

杜利斯

（晉能控股煤業集團公司挖金灣煤業公司，山西 大同 037042）

1 工程概況

挖金灣煤業公司8101 工作面位于山4#層一盤區西翼北部，南部與盤區北回風巷、主運輸巷相接，東部與5103 巷相鄰，西部、北部尚未開掘。8101 工作面對應上覆為侏羅系14#煤層古窯采空區，侏羅系14#煤層與二疊系山4#煤層之間層間距為346～354 m。8101 工作面走向平均長度849 m，傾斜平均長度151.5 m，煤層平均厚度為3.27 m，煤層結構簡單，煤層中含2～3 層厚度為0.05～0.50 m的夾石。8101 工作面采用一次采全高、全部垮落、長壁后退式綜合機械化采煤方法[1-4]。

2 設備配套選型及回采工藝

2.1 設備配套選型

結合挖金灣煤礦水文地質條件、煤層特點、瓦斯及其他影響回采因素，綜合考慮技術裝備的先進、性能穩定及能力匹配、安全性能等因素對首采工作面設備進行配套選型，設備選型技術參數見表1、表2。經首采面回采驗證此套設備選型及配套較適合山4#層安全開采要求，在回采過程中無大故障出現，其設計運輸能力能夠滿足高產高效要求。

表1 機電設備技術參數

表2 液壓支架技術參數

2.2 首采面回采工藝

（1）作業方式：本工作面作業方式為四六制作業，早班定檢作業，二班及三連四大夜班生產作業。（2）工藝過程：8101 工作面采用后退式單一長壁沿煤層頂底板端頭斜切雙向進刀割三角煤法開采。（3）采煤工藝流程：端頭斜切進刀 →割煤→移架→推溜。（4）進刀方式：采用頭尾端頭斜切進刀的方式，采煤機自行開缺口，斜切長度25～30 m，采煤機前滾筒割上刀后滾筒割下刀，當采煤機割到工作面頭或尾，割通煤壁后，調換滾筒位置。前滾筒下降，后滾筒升起并沿輸送機彎曲段反向切入煤壁，直到輸送機直線段為止，然后將輸送機移直，重新返回割煤至輸送機頭處并調換兩個滾筒上、下位置回采三角煤，煤壁割直后再次調換上、下滾筒，反向正常割煤。

3 礦壓觀測及頂板管理

3.1 礦壓觀測

根據對8101 首采工作面的長期觀察，工作面初次垮落步距為28 m，基本頂初次來壓步距為55 m，基本頂周期來壓步距為32 m。據統計，該工作面共計經歷了20 次周期來壓，支架最大工作阻力達到45 MPa。具體情況見表3。

表3 液壓支架技術參數

3.2 頂板管理

（1）工作面支護。根據8101 首采工作面煤層厚度及圍巖特征，本面中部采用ZZ13000/25/50 支撐掩護式液壓支架82 架，ZZG13000/25/50 過渡液壓支架7 架（頭3 尾4 過渡支架），ZTZ10000／23／42 端頭液壓支架1 架。按支架型號、機組截深確定工作面最小控頂距為5.795 m，最大控頂距為6.595 m，端面距為0.595 m。首采工作面回采至28 m 時采空區發生大面積塌落，此后采空區塌落緊跟工作面，無懸板存在。兩端頭懸頂隨回采推進并未塌落，后隨工作面推進加大退錨退索力度，兩端頭逐漸塌落。

（2）超前支護。2101 巷轉載機與工作面采煤側支設單體液壓支柱一排，轉載機與工作面非開采側支設單體液壓支柱一排，配合使用1.2 m 長的π型頂梁，排距3.9 m，柱距1.2 m，支設至設備列車尾部；5101 巷單體液壓支柱支護，采用一梁一柱支護方式配合使用1.2 m 長的π 型頂梁支護頂板，排距2 m，柱距1.2 m。經過8101 首采面回采過程中觀測的數據及分析結果，此種超前支護能很好的適應挖金灣煤業公司。

（3）過超高段支護。8101 首采工作面2101 順槽531～548 m 處有一正斷層，落差約1.7 m，此處頂板較破碎，掘進過程中造成巷高4.7 m，對回采的超前支護造成影響。回采前，特制定了過此超高段專項安全技術措施，使用錨索吊工字鋼梁背道木的方式做好假頂，使得超高部分巷高已降至3.5 m。在此段支設超前支護時，需先用工字鋼做好單體柱支設點，方法是平行順槽方向架設4 根工字鋼，兩根工字鋼一組，共兩組，分別架設于轉載機兩側巷道頂板上，并用14#鉛絲與假頂固定牢靠，捆綁結實，支設單體柱時，單體柱頂住此工字鋼。5101 巷超前及端頭支護不變，經過此段時及時更換損壞的單體柱，確保單體柱初撐力合格，最終順利通過此超高段。

4 通風及工作面防瓦斯、防滅火管理

（1）通風及防瓦斯管理。8101 首采工作面瓦斯絕對涌出量為2.6 m3/min，上隅角瓦斯濃度最高為0.36%。首采工作面配風量為1904 m3/min，實配2080 m3/min，回采期未發生上隅角、工作面、回風流瓦斯超限現象，風排瓦斯完全滿足瓦斯治理的需求。8101 工作面在開采前，已建成一套臨時瓦斯抽放系統，系統采用上隅角抽放工藝。系統選用ZWYB-200/315-G 煤礦井下移動瓦斯抽放泵2 臺，一用一備，標態下抽采流量在0～200 m3/min，配備1 趟DN600 mm 管路（壁厚6 mm）。瓦斯抽放系統運行時，抽放管道瓦斯濃度最高為0.62 m3/min。

（2）防滅火管理。在8101 綜采工作面開采期間嚴格采取以不間斷注氮為主，噴灑阻化劑為輔，地面注漿為備用措施，束管監測為保障的綜合防治體系。

5 經濟效益分析及結論

8101 首采工作面回采以來，最高日產量為1.15萬t，單月最高產量突破23 萬t，且此套綜采工作面開采工藝簡單高效，回采率、環保及噸煤成本等各項指標達到了較先進水平，完全適合該工作面的地質條件，為挖金灣礦及周邊延伸礦井探索出了一條適合石炭系煤層開采的工藝，能滿足現代化社會對煤礦高產高效的要求，具有較大推廣應用價值。