“三軟”煤層“大傾角”\\“大俯采”綜采工作面開采關鍵技術研究

摘要：淮北礦業集團揚莊煤礦針對深水平、“三軟”煤層“大傾角”、“大俯采”綜采工作面存在的問題進行技術分析，在設備選型、頂板管理、礦壓監測、工藝改革、勞動組織、安全管理等方面進行完善，改進管理措施，有效指導工作面生產，實現了綜采工作面安全、快速回采。

關鍵詞：三軟；大俯采 大傾角 綜采工作面開采 關鍵技術研究 安全快速回采

淮北礦業集團楊莊煤礦已有40多年的開采歷史，屬于中老年礦井，現礦井二、三水平采場萎縮，已拓展四水平采場地質條件復雜，屬典型的“三軟”煤層，且煤層埋藏深、傾角大。頂底板難以管理，開采技術難度大。

為實現深水平、“三軟”煤層、“大傾角”、“大俯采”綜采工作面安壘快速回采，四水平Ⅳ2采區首采W528綜采工作面在設備選型、頂板管理，礦壓監測、工藝改革、勞動組織、安全管理等方面進行研究，完善，改進管理措施，有效指導工作面生產，月產量保持在65kt以上，取得了較高的經濟效益。

1、工作面概況及設備選型

1.1 W528綜采工作面概況

W528綜采工作面為楊莊煤礦Ⅳ水平W2采區首采工作面，其煤層賦存條件與我礦已開采或在開采的工作面有明顯差別，主要表現在：①頂底板皆為軟巖，巷道維護困難。該面直接頂為深灰～灰色塊狀、破碎的松軟泥巖，平均3.2m；工作面處深部褶曲構造帶，構造應力集中，煤層裂隙發育，煤層軟，f<1.5；工作面機鳳巷原設計支-護形式為錨帶網支護，由于在掘進施工過程中地壓大，巷道變形嚴重，兩巷支護不得不改為“u”型鋼棚支護；工作面在回采過程中，工作面傾角、俯采角度大，煤機裝煤、移架抵車困難，嚴重制約工作面推進度，煤層埋藏深。該工作面為深部區域，工作面切眼標高為500m，最低點標-高為730m，原巖應力大，裂隙、斷層發育，受煤層頂、底板砂巖裂隙水及火成巖凝聚水的影響，正常涌水量18－20m3／h，最大涌水量可達50m3／h。

1.2“三機”優化選型

W528I作面位于代圩子向斜北翼，受其影響煤層傾角變化較大，局部有煤層變薄、火成巖侵入現象。工作面北部(拐點前30米向里)煤層賦存相對穩定。工作面煤層傾角5°－30°，平均17°；俯采角度為：機巷5－23°，風巷6°－20°，煤層厚度0.25-3.5m，平均2.6m，工作面傾向長150米，走向750米。針對該面地質條件，優化“三機配套”，選用高工阻、整頂梁、配置伸縮前梁及防片幫板的支架以適應高地壓工作面支護頂板的要求；大功率的煤機(配備弧形擋煤板)、運輸機以適應工作面過煤層變薄區、火成巖侵蝕區的要求；增大支架推移千斤頂推溜力、增設推移框架限位以解決大俯采抵車困難、運輸機易翻車的問題。工作面“三機配套”最終確定為：ZY6800-19／40支架、SGZ-800／800型運輸機、MG400／920-WD采煤機。

2、開采關鍵技術及采取安全技術措施

2.1防治水管理

IV528工作面主要受煤層頂、底板砂巖裂隙水及火成巖凝聚水的影響，正常涌水量18—20m／h，最大涌水量可達50m／h，治水工作較困難。為確保機巷排水線路的暢通，設計并施工了IV528放水巷，并在放水巷下部施工了沉淀池，為有效地攔截水煤，達到煤水分流，減少水煤對皮帶機系統影響的同時，實現機巷文明生產的目的，根據現場條件，先在工作面涌水量較大地段設壩截水，并預留一趟4寸管路，將水經細砂網過慮后引至設置好的截水壩(加篦子)，通過4寸管路將水自流至W528放水巷；最后經放水巷下部沉淀池過濾后流走。為保證正常排水，每班安專人對排水管路進行維護、對沉淀池進行清挖，不僅實現了煤水分流，還達到了機巷排水線路暢通的目的。

2.2機巷設備的防飛、防滑管理

2.2.1皮帶機防“飛車、飛矸”、倒架措施。

N528機巷為下山且角度較大，其中里段機巷5°～18°，平均15.7°，外段機巷10°－23°，平均19.5°，皮帶機系統在生產易出現“飛矸”、“飛-車”、倒架現象。為解決“飛矸”、倒架問題，調整上托輥角度，使槽形角增大為40°-50°運輸，提高了皮帶的兜煤效果，減少了皮帶機的撒煤量，在皮帶機下幫使用金屬網攔成一道擋矸網，以防飛出矸石、塊煤進入人行道傷人；使用拉絲、鋼絲繩對皮帶機“H”架進行加固，以防倒架事故的發生。為解決皮帶機“飛車”問題，對機巷皮帶機齒箱增設了剎車裝置、在上皮帶下方加鋪了一層廢舊皮帶以增添皮帶機的摩擦力、調整皮帶的松緊度等措施，控制了皮帶機的慣性下滑，確J保了工作面的生產及人員的安全。

2.2.2解決機巷轉載機、移動列車拉移期間自動下滑措施

拉移前，在轉載機機尾用鏈條配合千斤頂一架底座上，另一端用鏈條和鋸齒環固定在轉載機機尾鏈條上，作為轉載機拉移時的留繩裝置；在轉載機跑道上安設卡軌器作為第二道保險，以便在轉載機“下滑”時及時將轉載機擋在卡軌器以里位置，作業人員不得站在轉載機拉移范圍內作業，以防轉載機下滑時誤傷人員。為解決移動列車拉移期間的自動下滑問題，制定如下專項措施：①使用兩部回絞配合松車，一部松車，一部留繩，以防掉電或其他意外事故發生，②在列車前方軌道上增設卡軌器，多次松車，松一段卡一次，通過減少松車制動距離減少慣性下滑的沖擊力；⑦松車結束后，所有車輛均用卡軌器卡牢，并補打“霸王樁”。

2.3 煤機、運輸機、支架關鍵工序控制

(1)控制采煤機上行割煤速度，不宜超過3m／min。

(2)俯采角度<15°、每刀俯采量不超過160mm時，采煤機可直接臥底。推移輸送機時要確保推移段俯角與工作面俯角一致，必要時可采用抬架千斤頂或液壓單體支柱壓住推移框架抵車，可有效防止輸送機的側翻。

(3)當俯采角度≥15°時，采煤機割煤時重心前移，臥底量將跟不上需要俯采量，抵車時輸送機易出現側翻。此時，抵車前要人工落車，采煤機割煤后人員將運輸機與支架底座之間的浮煤攉盡，并將煤壁不足的俯采量人工臥夠，然后進行抵車，由于運輸機有防止側翻的限位裝置，并采用液壓單體支柱壓住推移框架抵車的輔助措施，不僅有效防止了抵車時運輸機的側翻，又為下一循環割煤順利抵車創造條件。

(4)堅持工作面跟底回采是“大俯角”綜采工作面取得成功的核心，若架前有底煤，必須人工清理干凈，從而確保運輸機、支架處于同一斜面。使工作面支架狀態良好，并從根本上預防抵車時運輸機的側翻。

(5)安設采煤機的弧形擋煤板并加強檢修，提高采煤機裝煤效果，減少煤壁人工攉煤，減小運輸機推移阻力，增大推移行程。

(6)加強工作面傾角、俯角的現場測量，及時調整工怍面“偽斜”角度，防止運輸機“上竄”、“下滑”。由于該工作面為“大俯采”工作面，煤壁對運輸機的正向側壓力較大；運輸機為“封底”式運輸機，運行中對底板的摩擦力較小。工作面底板涌水量較大，造成運輸機對底板的摩擦系數減小，鑒于以上因素，該工作面的運輸機超前距離較其他回采工作面大大減少。經過長期的摸索，最終將工作面“偽斜”角度控制在工作面傾角的1／3—1／4，有效的控制了工作面的運輸--機“上竄”、“下滑”。

(7)堅持“初撐力第一”的觀點，加強工作面頂板的控制，預防工作面漏頂，支架蹬空現象的發生。

R發生片幫、頂板離層現象，及時使棚管理頂板。

(8)由于底板水較大，造成支架與頂底板的摩擦力小，易產生支架下滑，采取間隔移架發生，并及時控制側板，以防止支架拉移過程中產生下滑。

(9)割煤過程中盡量找平頂底板，防止支架間出現錯茬臺階，支架間落差不超過側護板的2／3，確保側護板的導向作用。

(10)嚴格控制工作面采高在2.2—3.8米，嚴禁支架超高。

(11)工作面偽斜開采，抵車順序原則上自下向上進行。

(12)在機頭端頭架處安裝防倒千斤頂，防止端頭架倒架。

(13)在頂板破碎段采用超前人工管理頂板的措施，并恢復支架的防倒裝置，移架過程中利用防倒千斤頂配合DWX31.5-25／100單體對歪斜支架進行調架，逐步實現支架狀態正常。

2.5綜采設備檢修與使用

(1)加強職工培訓，礦、生產區隊針對該面為新設備，職工對設備性能不熟悉的現狀，搜集相關技術資料及圖紙，對電工、支架檢修及操作工、煤機檢修工及司機、運輸機，轉載機檢修工、泵站司機進行培訓，使之熟悉并掌握了相關知識及操作技能，為綜采設備的檢修及使用提供了才保證。

(2)加強對液壓支架、采煤機、運輸機的日常檢修及使用，確保設備正常運轉。由于工作面為“大傾角”、“大俯采”工作面，極易出現支架歪斜、運輸機斷底鏈、齒軌、煤機滑靴損壞，采煤機“掉道”事故。因此，在日常檢修的同時，重點對運輸機齒軌、采煤機行走部及滑靴、輸送機煤壁側連接銷的檢查，并采取了以下針對性措施：①煤機上行割煤，當牽引力超過700kN或行走箱出現異常聲音，要立即停機查明原因，進行處理后方可割煤l②工作面抵車嚴禁出現急彎，采煤機在機頭、機尾割煤時，要及時觀察采煤機運行情況，防止脫軌；③工作面運輸機采用特殊梯形齒軌并定期檢查滑靴齒軌輪的磨損情況，發現滑靴、齒軸輪磨損嚴重時及時更換；d、嚴格控制工作面傾角突變角度；④經常檢查煤壁側輸送機連接銷，防止輸送機脫銷、錯茬造成斷鏈事故等。

2.6工作面及兩巷礦壓監測方案及結果分析

為全面了解工作面頂板運動情況，在工作面安設30塊測壓表和10塊綜采支架壓力連續記錄儀，對工作面支架進行了24小時連續監測。在工作面兩巷距煤壁超前管理30m范圍內，每5m布置一個觀測點；距煤壁150m范圍內、超前管理30m以外的地段，每隔30m布置一個測點；采用十字法對巷道表面頂底板位移速度及位移量、兩幫位移速度及位移量、底鼓量，支架變形情況等進行監測，結果如下：

(1)工作面初次來壓步距在28-31m，周期來壓步距在8.5—12.5m，隨著工作面傾角的變化，工作面來壓步距由上至下呈逐漸增大的趨勢。頂板巖層在工作面上段附近的運動幅度和破壞程度均在工作面中下段；工作面支架載荷的分布，頂板下沉量、來壓顯現程度、來壓步距等沿采場傾斜方向均有所不同，表現為工作面上段支架載荷大于下段，上段頂板下沉量和下沉速度均比下段大，來壓動載系數也是上段大于下段，上段的礦壓顯現比下段大，煤層傾角越大，這種差異也就越大。

(2)巷道在觀測期間，頂底板最大平均移近量為410mm、移近率為15％；兩幫最大平均移近量達660mm、兩幫移近率為18％；底鼓量平均為230 mm，底鼓量約占頂底板移近量的56％。頂底板移近量和兩幫移近量中，在工作面前方60—70m范圍各自移近量約占總頂底板移近量和兩幫移近量的23％，在工作面前方30m范圍各自移近量約占總頂底板移近量和兩幫移近量的42％；巷道圍巖移近量主要發生在工作面前方0-30m范圍內。巷道兩幫移近量比頂底移近量大(約為1.6倍)。在采動影響范圍以內，變形速度明顯增大，巷道兩幫移近速度比頂底移近速度大，是上幫變形>下幫變形>底板變形>頂板變形，尤其在工作面前方16-20m的范圍內，底鼓出現加速現象。在采動影響范圍以外，變形速度較小。

(3)為控制超前30m范圍內受采動影響巷道的變型速度，盡量減少頂板的“二次松動”，并增加了兩巷超前管理的支護強度。兩巷超前工作面20-30m，根據巷道變型情況采取補打點柱的辦法，超前工作面12-20m，在巷道中部挑一排走向挑棚；超前工作N5-8m，進行抹冒管理，在機巷抹冒管理時，用L3800的扒皮木料套棚，500－1200mm的短料或木楔接實頂板，然后在套棚木料下轉載機兩側、人行道下幫挑三排走向挑棚；風巷采用HDJA-1000限位梁(代替木料)配合DZ35-25／100單體在原U型棚棚檔內架設“三粱五柱”進行支護頂板。通過試驗，該方法取得了較好的實用效果，兩巷支護方式的改變，在采動影響范圍內巷道變型速度較以前有明顯減小，還節省了風巷木料的投入每月至少在10.7m。

3、結論

“深水平、三軟、大傾角、大俯角”綜采工作面，實現其安全、高產、穩產是一項復雜的系統工程，通過優化工作面“三機”配套、加強防治水管理、設備的防飛、防滑管理、關鍵工序的控制、設備管理、工作面及兩巷的頂板管理、礦壓及頂板監測技術、安全管理等方面有機結合，取得了較為極高的經濟效益，為相似條件綜采工作面的開采起到借鑒、指導和示范作用，具有極高的社會效益。

參考文獻：

【1】高明中，楊莊煤礦深水平復雜條件下回采巷道合理支護技術研究報告【D】.安徽淮南：安徽理工大學.2008