綜采工作面初采工程技術實踐與應用

＊許劍波

（晉能控股煤業集團成莊礦 山西 048000）

引言

直接頂是采煤工作面頂板控制的主要對象，而研究礦壓不單需要遵循力學的基本原理，更多的是還要結合生產實踐現場經驗結果以及臨近采煤工作面具體生產實際，縱觀煤礦歷史，曾經出現多起因支護方式不當而引發的頂板事故，因此而造成了極其嚴重的后果和人員傷亡[1]，而某礦受煤體和巖體影響，掘進巷道均沿煤層頂板掘進，這樣的話初采工程的直接頂控制就更為關鍵。本文通過持續跟蹤并不斷提煉近十年初采工程的技術對策，對采煤工作面初采工程中的頂板支護方式、工程技術等參數持續分析和優化，形成了一套較為行之有效的控制技術措施，對研究和探索采煤工作面初采工程控制有一定的現實意義。

1.初采生產工藝

（1）調整生產工藝。生產工藝過程由原工藝（截割煤體→拉移支架→推移前溜→放煤→拉回后溜）調整為新工藝（截割煤體→推移前溜→拉移支架→放煤→拉回后溜）。

通過在5313采煤工作面實施新的割煤工藝后發現可大幅度降低支架前梁前方至煤壁間頂板的空頂時間，較好增加了支架前梁的支護效果，從而得以有效管控工作面頂板。

（2）數據動態控制工溜位置。工作面刮板輸送機如果發生上下竄動，則會導致采煤機不能正常割透煤壁或者無法正常推移工溜機頭，從而嚴重阻礙采煤工作面正規循環作業，同時影響端頭安全出口寬度，帶來重大隱患。

在采煤過程中，需持續動態測量采煤工作面兩端頭安全出口寬度和支架推移框架相對支架底座偏移量兩項數據來確保工溜處于合適范圍。在上述兩項數據出現偏差時，可采區以下方法對工作面進行調整以確保工溜處于合適位置。

當工溜出現竄動時，可采用以下控制方法：一是磨大角法，通過總結調整工作面經驗，當一方安全出口出現變化，且轉載機非行人側距離煤幫寬度也發生了相應變化趨勢時，基本就可判定刮板輸送機出現了竄動，此時可進行磨角，即采煤機每過2次機頭、1次機尾的方法對工作面進行調整；但需要注意的是為了防止支架出現倒架或咬架一般磨大角法頻次不超過3次，反之相反。二是磨小角配合單項頂溜法。當向機頭持續移動150-250mm時，此時需要采用磨小角法進行控制，采煤機循環方式為1#-30#-1#-60#-1#-90#，同時采用從機頭往機尾單項頂溜，然后走通道進行推進，在調整過程中必須觀察刮板輸送機位置是否正常；反之往相反方向調整。三是偽斜回采，由于工作面整體呈現一端高另一端低的情況時，可根據現場實際情況適當調整偽傾斜角度，使低的那一端推進度適當超前另一端頭推進度。通過不斷實踐，對于工作面傾向長度在180-220m范圍的采煤工作面，機頭機尾推進度錯差一般為機頭機尾高差的1/3到1/2。四是調整液壓支架，在拉過支架后，需對支架及時調整，使液壓支架推移框架與刮板輸送機溜槽呈垂直狀態，消除或減小液壓支架推移框架沿工作面的分力。

2.兩順槽超前支護

受采動動壓影響，工作面兩順槽巷道較之前相比，頂底板情況變化量會加劇，比如巷幫變形和底板隆起，嚴重時會導致頂板下沉甚至影響正常回采，故在初采之前必須改變兩順槽頂板支護方式，通過多年經驗，一般來說有以下幾方面措施：

（1）延長順槽超前支護距離。如果順槽巷道為初次回采巷道，則需將正常回采的20m超前支護長度延長至40m；如果順槽巷道為二次復用回采巷道，則需將30m超前支護長度延長至50m。

（2）加強支護強度。在距煤幫10m范圍內將由單體柱單體支設全部改為鐵梁連鎖支護，單體柱布置方式為一排四柱，其中靠采空區側采用三柱密集布置。

（3）延遲回柱放頂時間。將煤幫柱和切頂柱的回柱時間盡量往后推遲，以增加頂板的支護效果。

（4）深孔爆破確保卸壓效果。為確保老頂進入老塘后在最短時間和最短距離得以垮落，可采用爆破方法在超前支護進入老塘以前對頂板進行爆破泄壓，使得老頂進入老塘后得到及時垮落，以減少超前支護范圍內煤體的空間應力分布。

3.老頂初次來壓控制

老頂隨采隨垮在采煤過程中起著關鍵的作用，否則可能造成頂板遠距離大范圍懸頂從而導致采煤工作面頂板的惡性事故。為盡量縮短老頂初次垮落的時間和距離，某礦須根據老頂的巖性情況在初采工程開展之前就及時對頂板進行強制放頂，經過多年摸索，形成了下列強制放頂的技術措施。

（1）爆破強制放頂。采取利用爆破方法在支架后提前強力放頂，增加頂板裂隙，縮短垮落步距，根據頂板巖性確定炮眼深度，如果頂板巖性為砂巖且巖層深度超過8m時可將炮眼深度由3m加深至6m或更深，比如5309采煤面煤體上方有10m厚的砂巖，通過將炮眼深度加深至6m，同時增加裝藥量，最終提高了頂板裂隙，也確保了老頂正常初次來壓的時間和步距。

（2）提高采面供風量。考慮到由于初次來壓步距影響，可能導致架后局部懸頂造成積聚瓦斯和通風不暢，所以必須增加采煤工作面的供風量，比如5314綜采工作面回采過程中正常供風量在2000-2500m3/min，但在初采階段將采面的供風量提升至3500m3/min左右，實現了通風系統穩定、瓦斯可控。

（3）提高回風通道回風能力。由于供風量增大，為確保采煤工作面的通風阻力在合理范圍，故需要打開兩道橫川通道進行回風，一般情況下，要經距采煤工作面最近的尾部橫川和回風橫川兩個回風通道同時進行回風。

4.初采工程質量

（1）控制底板下栽幅度。兩順槽巷道為沿頂板掘進，巷道底板下有2.5m厚底煤，在采煤隊進入采煤工作面時工作面剖面圖如圖1所示，當工作面初采完結束后工作面應調整為兩端頭沿巷道、中部沿矸底回采的的狀況，具體如圖2所示，故在初采階段必須將工作面調整為一定幅度進行下載。通過總結調整過程中的初采經驗數據，當采煤機下載量控制在5-8°時，即以每下栽兩個循環（每個循環下載50-100mm）、然后水平推進1個循環的方式進行調整，能保證工作面下載幅度處于較為合適的狀況，還能保證工作面即以較快速度鉆到煤層底板，又能到底板后迅速抬起，不至于工作面鉆到矸底。

圖1 工作面初采前頂底板布置示意圖

圖2 工作面初采后頂底板布置示意圖

（2）控制機頭機尾三角區坡度。針對綜采工作面兩順槽沿頂板掘進和工作面中部沿底板推進的客觀實際，為了在兩端頭與工作面中部結合處實現精確對接，需要對機頭機尾30m范圍逐步過渡至煤層底板。采用的調整方法為1-8#支架底板與機頭順槽巷道坡度持平，9-20#支架架前底板逐步隨坡，到21#架時下栽至煤層底板。在調整過程中為防止坡度出現忽大忽小的情況，可測量每個支架的坡度和傾向角度，然后通過期望和方差兩個數值來不斷優化三角區坡度。

（3）保持工溜平直度達標。無鏈電牽引采煤機通過行走結構與運輸機軌道相互嚙合來完成采煤機左右移動。工作面運輸機的平整度出現較大起伏或直線度差時，采煤機行走負荷會急劇增加，導致軌道和行走部磨損量增加，甚至直接損壞采煤機行走部。

通過持續跟蹤采煤工作面單位推進距離范圍內的采煤機磨損量得出了以下經驗結論：在任意每10個支架范圍內，刮板輸送機彎曲度應控制在0.1m以內；在任意每10個支架范圍內刮板輸送機起伏量應控制在0.2m以內。

（4）保持支架直線度達標。工作面三直一平的核心在工溜直線達標，但是采煤工作面由于粉塵較大，作業工序緊張有序，觀測和調整工溜的直線度的難度要明顯高于觀測和調整支架的直線度。故只要動態確保支架直線度符合要求，才能最大限度確保工溜直線度達標，從而減小采煤機和工溜運輸符合，達到降低機電設備事故的目的，通過不斷跟蹤測量，任意每10個支架范圍內支架直線度誤差不得大于0.05mm。

（5）確保采高富余度。工作面采高是影響工作面工程質量的重要指標，只有采高符合要求，才能實現采煤機的正常快速通過，從而實現采煤工作面安全快速高效回采。對于采高在3.0m的工作面而言，采高須控制在3.1-3.2m，這樣既能保證支架支撐效果，又能降低放頂煤難度，實現頂煤應放盡放和提高煤炭資源回收率。

5.結語

上述各項技術措施最近在5313和4321兩個綜采工作面得到了應用，效果明顯。初采工程是綜采工作面控制的關鍵階段，其工程質量直接影響工作面的頂板質量、機電設備以及人員安全。今后仍需在調整幅度的數量上不斷研究實踐，為將來采煤工作面的數字化和智能化控制的應用以及智能化采煤在每個采煤階段的通用方面提供數據支持。