雙開式工作面直接回柱收作法技術探討與分析應用

摘要:闡述了雙開式工作面直接回柱收作法的安全可靠性，指出其實施要點和注意事項，提出可在煤礦中推廣應用該項技術，促進煤礦安全生產。

關鍵詞:雙開式工作面 直接收作 安全可靠性

0 引言

眾所周知，每個采煤工作面都要經歷初采初放，正常推進、快速收作等3個時期。不同的回采時期，其工藝各具特色，管理各有側重。在生產實踐中，人們通常注重的是對前2個時期的分析研究，改革創新;而對于工作面收作以及如何安全可靠的收作，一直沒有引起人們足夠的重視，也是少有人去分析解剖它。究其原因:第一是工作面臨近收作，產量呈萎縮遞減趨勢，易使各級管理干部產生放松、懈怠、厭戰情緒;其次為新工作面投產、初產初放，管理復雜層次多產量低，客觀上使個別管理干部心理上發生了一些微妙的變化，在產量任務完成好壞直接與經濟利益掛鉤的壓力下，往往擺不正安全與生產的關系，重生產輕安全，管理錯位;第三是片面追求產量量大化，卻常又因精力不濟，思想分散、不集中，往往顧及失彼、事與愿違，造成安全漏洞和傷亡事故。因此，有必要對雙開式，即煤壁與采空區側均需管理的工作面如何快速收作技術進行分析研究，創新出一種安全高效的收作法。

1 采用傳統收作方法存在的問題

在計劃經濟時代，人們的安全意識、成本概念以及管理理念等方面均相當淡薄與落后，當采煤工作面采至收作線后，往往千面一律地在停采線上替換并保留1銅木棚收作。傳統的收作方法存在如下4個方面的問題。

1.1 木材消耗量大，費用高。以某礦業集團2005年采場接替計劃為例，全年共有雙開式采煤工作面60塊，按目前工作面平均長度140m計算，全年消耗的木材總量Qz，計算公式為:

Qz=60Q

Q=L/B·n·l·Л·(D/2)2

式中Qz——全年消耗的木材總量，m3; Q——單個工作面木材消耗量，m3;L——平均工作面長度，140m;B——木棚的棚距，0.6m;n——每棚用木料的根數，3根;l——每根木料的長度，2m;D——木料的平均直徑，0.2m。

將上述數據找入公式得:Qz=2637.6(m3)

考慮到現場使用耗損以及加強支護需要，木材實際年消耗總量Qah=1.2QZ=1.2×2637.6=3165(m3)

1.2 動壓長期存在，分層或近距離煤層群工作面開采，為回采需留設煤柱形成煤扣。采用在停采線上套留木棚收作方法，致使工作面收作線上的頂板無法昌落，造成工作面采動壓力長期存在，難以消除。尤其是分層中、底區或近距離煤層群工作面開采時，為避開礦山壓力影響，上、下工作面停采線之間必須留設一定寬度的隔離煤柱。此煤柱的留設不僅給工作面周圍的巷道帶來動壓影響，使得巷道維修量加大，而且還致使工作面收作線不能與其上層(位)工作面收作位置保持對齊重合而丟失煤垛。

2005年，某礦業集團需留煤垛回采的工作面共計有15塊，以上、下分層工作面收作線走向錯距5m計算損失煤量Mz，計算公式為:Mz=20M=15·L·Z·C·h·r

式中M——單個工作面損失煤量，t;Z——回采煤層分層數目，層;C——上、下分層工作面收作線的走向借距，m;h——采煤工作面采高，m;r——煤層容重，m3/t。

Mz=20M=20·L·Z·C·h·r

=20×140×5×2×2.0×1.3=72800(t)

1.3 收作工作面易產生高溫著火。采用傳統收作方法，工作面收作線上的頂板冒落不充分。如果收作面封閉的質量不高，就會有微量的風流通過收作線繼續供氧，當溫度逐漸升高達到燃點時，就會引起煤層自燃發火。某礦區開采煤層自燃發火期多為3-6個月，在工作面采完收作一段時間后，因封閉不嚴漏風或啟封工作面生產準備時，常發生煤層自燃發火事故。

1.4 工人勞動強度大，安全性較差。采用套留木棚收作方法，大量的木料及收作工作面支柱和鉸接頂梁主要靠人工轉運，工人體力勞動強度大。另外，多一道轉運木料的工序，給工人帶來諸多不安全的因素，工傷事故時有發生。用工多、收作速度較慢，一般在7d左右。而采用直接回柱收作法，一般僅用工5-6人，用時3d左右，極大地提高了收作時的工時利用率和回采工效。

2 采用直接回柱收作法安全可靠性分析

直接回柱收作法采用從下向上，由收作工作面采空區側向煤幫人工直接回柱，回出的支柱、鉸接頂梁逐根人力拖運或人工裝入專用拖具內，由絞車上提運送至工作面上風巷，再由上風巷轉運升井。在實際操作中，人們普遍擔心的是其安全可靠性問題，而實現其安全可靠的關鍵則是對收作面的頂板、通風瓦斯以及煤層傾角等方面的有效控制與管理。為消除人們的認識誤區，下面對上述問題進行簡單分析論證。

2.1 頂板控制 主要考慮對收作硐頂板以及工作面煤壁的控制問題。

2.1.1 收作硐的頂板控制。收作硐的頂板垮冒存在以下3種情況;①收作硐頂板隨回隨垮，采空及回柱區充填密實;②局部懸頂不冒，采空及回柱區冒落充填不充分;③在面積懸頂不冒。在實際工作中，相對于這3種情況，均需采取不同的控制措施。對于第一種情況(也是最好的一種情況)，無需采取專門的頂板控制措施;第二種情況，采取控制采高以及留適量的浮煤等來緩沖頂板來壓強度和沖擊力;第三種情況，采取工作面臨近收作時采煤但不出煤，煤炭保留在控頂區內，以及控制采高和留設信號點柱等特殊措施，確保收作安全。

2.1.2 工作面煤壁的控制。首先重新核定收作線位置，使工作面停采位置避開周期來壓和地質構造異常帶;其次根據開采煤層以及圍巖組合結構，合理確定工作面采層(位)和采向;最后控制工作面采高以及實施全封閉管理等，確保工作面煤壁不片幫、不掉頂，保持煤壁的相對穩定。

2.2 通風瓦斯管理 采用直接回柱收作法，無論何種類型的工作面，能否實現全負壓通風，都必須安裝局扇并確保局部通風正常，確保能隨時消除施工作業頭的瓦斯積聚或瓦斯超限現象。

2.3 煤層傾角 煤層傾角對直接回柱收作法影響極大，煤層傾角大，回收支柱和鉸接頂梁時，頂板易向上抽冒，傾角越大，抽冒越嚴重，給現場作業人員帶來較大的安全威脅。直接回柱收作法，一般適應于煤層傾角不超過45°的收作面。另外，采煤工作面必須始終保持偽俯斜推進，其偽俯角度的在大小要視煤層傾角以及頂板的組合結構綜合確定。

3 實踐與應用

為了解決傳統收作方法存在的問題，雙鴨山礦區于1995年開始采用直接回柱收作法。截止2005年末先后在200余個工作面推廣應用，至今未發生1例安全事故。其中共有70余個工作面直接采至上分層或頂分層收作線，以平均工作面長度120m和回采煤層分層數目取1.5進行計算，這些收作工作面僅節約坑木和多回收煤炭兩項，就創造直接經濟價值上億元。

雙鴨山煤礦10年來的工程實踐證實:該法不僅適用于緩傾斜、傾斜單一煤層或緩傾斜、傾斜厚煤層分層、放頂煤以及一次采全高工作面，而且在各類頂板組合結構的各槽別煤層中均有應用。

4 實施要點與注意事項

4.1 實施要點

4.1.1 采煤工作面收作回柱前，必須按規定安裝好局扇，并將風帶接至施工作業迎頭，且視現場具體情況酌情決定是否采用局部通風。

4.1.2 對于煤層傾角大于15°的收作工作面，必須采用絞車提運材料，提運絞車必須配齊聲光信號。

4.1.3 簡易支架放頂煤工作面，為提高支架穩定性，必須始終保持20m的雙排挑棚，以增強支架抗壓、防推能力，確保作業人員的后路暢通。

4.1.4 簡易支架放頂煤工作面臨近收作前，采用主副梁交錯布置，擴大收作工作面控頂區斷面以及工作空間，便于作業人員回旋及操作。

4.1.5 成立采煤預備隊，專門從事工作面開碴和收作工作;精選并組建專職回柱收作小組，加強對回柱收作小組成員的技術培訓和素質達標工作，使他們能適應各種復雜困難條件下安全生產工作的需要。

4.2 注意事項

4.2.1 采用絞車提運材料前，按規定要在工作面煤壁側棚擋內(絞車繩道)由專職人員用長×寬×厚為1.4m×0.2m×0.2m的長方木，搭設高度為1.0m的防滑安全擋。

4.2.2 為確保安全，在工作面煤壁沿傾斜方向每隔10—30m施工1個躲避硐;絞車提運材料時，除架設防滑安全擋兼監護絞車鉤頭的專職人員外，其余人員一律進硐躲避。

4.2.3 回柱與裝料、回柱與提運等工序間嚴禁平行作業;回柱施工作業迎頭懸掛瓦斯便攜儀;回柱時隨時用注液槍灑水滅塵。

4.2.4 簡易支架放頂煤工作面收作前，工作面煤壁用金屬網或塑料網及時背嚴，并與頂網聯接牢固，形成全封閉管理。

4.2.5 對于遇地質構造變化帶以及局部頂板壓力較大且有安全威脅的特殊地點，可采取常規套木棚的方法處理。

5 結束語

直接回柱收作法不僅縮短了工作面收作時間，節約坑木、節省人工，提高礦井經濟效益，降低工人的體力勞動強度，而且工作面采空區由垮落的矸石充填，采用少量的灑水灌漿即可從根本上消除收作工作面的煤層自燃發火威脅。

該項技術無異給在多數礦井提出了一條采煤工作面安全高效快速收作有效技術途徑。同時，該法還將成為雙開式工作面收作之常規方法，并為推動安全高效開采技術的進一步完善與提高，促進煤礦安全生產工作發揮著十分重要的作用。