急傾斜特厚煤層水平分段綜采工藝的研究

張 元

（晉能控股煤業集團虎龍溝煤業有限公司，山西 大同 037000）

當前對于急傾斜特厚煤層，主要是采用水平分段綜采工藝，工作面沿傾向水平布置，回采巷道分別沿煤層頂底板掘進，習慣稱為頂板巷、底板巷。工作面長度比較短，基本等于煤層厚度。工作面設備基本與緩傾斜綜放工作相同，由于工作面長度較短般采用單滾筒采煤機。該采煤方法一般適用于煤層厚度大于10 m以上、煤層傾角大于45°以上的煤層，且推進長度一般大于500 m。急傾斜厚煤層可以采用沿空留巷放頂煤開采技術，實現全負壓通風。其技術原理沿煤層走向某一標高水平掘進巷道作為工作面的運輸巷，該巷道同時作為回采工作面；工作面后部（運輸巷）留巷與回風上山聯通用作工作面回風巷，或者在該水平往上留設一個階段高度水平掘進一條回風巷，上、下巷道通過聯絡斜巷聯通。該采煤方法實現了全負壓通風，徹底解決了原巷道放頂煤通風系統不合理的缺點，實現了真正意義上的機械化開采。

1 工程概況

晉能控股煤業集團虎龍溝煤礦位于山西省懷仁縣鵝毛口鎮窯子頭村，礦區面積12.207 9 km2，設計生產能力120萬t/a。N1201工作面位于該煤礦井田中部，工作面東部鄰近8501采空區，南部與盤區東軌道大巷相接，西部尚未開拓，北部鄰近礦界。N1201工作面走向長度1 215 m，傾斜長度183 m，傾角3°~5°。煤層總厚度為14.94~18.25 m，計算儲量厚度為10.05~11.21 m，煤層結構復雜，厚度變化穩定，中含夾石及火成巖。N1201工作面煤層頂底板情況如表1所示。

表1 煤層頂底板情況表

N1201工作面水文地質情況簡單，相對上覆巖層含水性較弱。工作面導水通道主要為相鄰采空區積水；其次為含水層及斷層裂隙導水，構成了地表大氣降水向深部含水層的滲透補給。在開采過程中煤柱側底板處有滲水現象。工作面瓦斯絕對涌出量為7.78m3/min，煤塵爆炸指數39%，采后自然發火期為3~6月。

2 水平分段綜放開采工藝方案

基于N1201工作面的急傾斜厚煤層的特點，采用水平分段放頂煤開采工藝模式，可以有效地減少工作面設備及工藝管理的難度。N1201工作面采高為2.5 m，工作面走向長度為660 m，分層厚度確定為10 m，放頂煤高度為7.5 m。

2.1 設備分析

根據水平分段綜放開采要求及該礦現有運輸設備條件，確定運輸順槽和回風順槽的高×寬=2.5m×3.1m。運輸順槽和回風順槽均采用工字鋼梯形棚子支護架間距1.0 m，設計在距工作面前方20 m的兩順槽范圍內采用抬棚來加強支護。本工作面采用ZF13000/25/38型低位放頂煤支架97架，ZFG13000/27.5/42型過渡支架9架，一組ZTZ20000/27.5/42型端頭支架（兩架一組）支護頂板，采用自然垮落法管理頂板。前（后）部刮板輸送機：SGZ—1000/2×855型刮板輸送機；轉載機（過渡輸送機)：SZZ—1200/525型橋式刮板輸送機；順槽皮帶機：DSJ-120/250/3×500型皮帶機。

裝、轉載方式：采煤機（落煤、裝煤）→前部刮板輸送機→順槽轉載機（經破碎機破碎）→順槽皮帶機→齒輥破碎機→過渡刮板運輸機→盤區皮帶→漏煤眼→主斜井皮帶→井上選煤樓。支架（放頂煤）→后部刮板輸送機→順槽轉載機（經破碎機破碎）→順槽皮帶機→齒輥破碎機→過渡刮板運輸機→盤區皮帶→漏煤眼→主斜井皮帶→井上選煤樓。

乳化液泵站為BRW-630/37.5型，噴霧泵用BPW—315/16型，端頭支護采用DDW40-250/110型單體液壓支柱；選用MG650 1630—WD型雙滾筒采煤機割煤。工作面的作業方式三班生產。

2.2 工藝方案

采煤工藝：采煤機斜切進刀→割煤→移架→推移前部運輸機→放頂煤→拉移后部運輸機→拉轉載機（端頭支架）→縮自移機尾→支回柱（端頭、超前）此為一個正規循環，照此往復不斷推進。采煤機采用雙向穿梭割煤法，從頭到尾或從尾到頭，采煤機沿牽引方向，升起前滾筒按設計采高割頂煤，后滾筒沿底板割底煤。

2.2.1 割煤、裝煤

工作面端部采煤機斜切進刀為斜切割三角煤進刀法，進刀長度30 m，截深0.8 m，其進刀工藝如下：

1）采煤機割煤至尾部后，進行反向牽引，調換滾筒位置割掉端頭采煤機段底煤。

2）采煤機后滾筒17.5 m外溜子推移到位。

3）沿輸送機彎曲段逐步斜切入煤壁。

4）將端頭輸送機彎曲段全部推移到煤壁并移直，放頂煤，拉后部運輸機。

5）采煤機再次反向牽引，調換滾筒位置，割掉機身段底煤和三角煤，采煤機割煤到端部。

6）掃清三角段浮煤，進入正常割煤至尾部或頭部。

割煤時嚴格控制采高，將煤壁割直、頂底板割平。采煤機割煤速度與支架移架速度及運輸能力相配合，防止空頂范圍大或運輸機煤量過多，影響正常生產。

2.2.2 移架

工作面移架方式采用追機作業及時支護方式。拉移支架為操作方式為本架操作，拉移支架滯后采煤機后滾筒3—5架；如頂煤破碎，拉移支移可緊跟前滾筒5架；移架程序：收回護幫板→降前探梁→收回伸縮梁→降主頂梁→調整側護板→升抬底千斤頂（高度根據實際選擇）→移支架→收抬底千斤頂→升主頂梁→升前探梁→伸伸縮梁→伸護幫板→推開側推千斤頂。移架時，要求將支架移成一條直線，其偏差不得超過±50 mm。移架時，降架幅度以能使支架前移為宜，主頂梁下降量控制在200 mm以內，防止支架架間咬架或漏頂煤。

3 效果分析

對N1201工作面進行了水平分段綜采放頂煤采煤法的實踐應用研究。從2019年5月至2019年8月，三個月的時間內，N1201工作面共推進177 m，煤炭開采量為平均20 147 t/月，月產最高量為21 116 t；平均工效12.436 t，最高月工效14 t。在開采期間，N1201工作面的生產情況完全符合該煤礦的預期目標。同時如進一步調整礦井的運輸系統和主提升能力，還可以進一步提高開采效率。