復合頂板綜采工作面實施托夾矸綠色開采的應用

摘要：通過對翟鎮煤礦三采四層煤托夾矸綠色開采的研究分析，對實施復合頂板開采研究奠定了經驗基礎。并且通過實施應用解決了復合破碎頂板條件下支護難度大、工人勞動強度大、安全系數低管理難度大的問題。

關鍵詞：復合頂板 綠色開采 有效實施

0 引言

新汶礦業集團翟鎮煤礦是1993年底投產，設計能力為120萬t/a的大型礦井。隨著礦井的發展，對煤炭資源的回采質量也相對提高。特別是對于托夾矸復合頂板采煤工作面如何提高煤炭回收率、提高煤炭質量，實現工作面綠色開采，在生產過程中解決這個問題顯得尤為重要。翟鎮煤礦在3405E綜采工作面生產過程中通過科學論證和現場的實施應用，成功的實施了托夾矸復合頂板綜采工作面的綠色開采。

1 工作面基本概況

工作面的位置：翟鎮煤礦3405E綜采工作面位于三采區運輸下山及三采軌道下山以東，東至三采邊界F5斷層（落差0-55米，傾角70°）；南臨風井保護煤柱及F4斷層（落差0-69米，傾角70°）；北為3404E工作面，尚未準備。翟鎮煤礦3405E工作面煤層厚度2.77m－2.96m，平均煤厚為2.86m，煤層厚度穩定，可采指數為1，變異系數為3.09％，煤層較穩定。煤4上分層及粉砂巖，厚度1.6-3.53m，夾1-4層煤4上分層，各上分層煤厚在0.1-0.7m之間，各分層間夾有灰黑色粉砂巖，是典型的復合頂板；直接頂為粉砂巖，厚3.5～6.13m，灰黑色，粒度均勻，分選較佳，質純，致密，分選較佳，團塊狀構造；基本頂為細砂巖，厚6.4—11.8m，灰白色，礦物成分主要為石英、長石，塊狀構造，細密，堅實，硅質膠結；直接底為灰黑色粉砂巖，厚度為1.83-2.78m，分選較佳，富含植物根部化石及科大木化石碎片，底部含一層煤4下分層，厚度為0-0.55m；基本底為老底為淺灰-灰白色細砂質，塊狀構造，層理不顯。本工作面為典型的復合頂板工作面。

2 采煤工藝

根據本礦井的賦存條件，工作面采用走向長壁后退式采煤法。由于工作面煤層厚度為2.86m，工作面控制的采高為2.40m，故需逮400mm-500mm的頂煤開采，保證有效支護復合頂板。

2.1 工作面頂板支護方式 本工作面采用全部垮落法管理頂板，工作面在放面過程中順槽巷道沿直接頂掘進，造成溜頭、溜尾需沿正常頂板回采。工作面正常生產過程中溜頭、溜尾各5架逐茬與兩順槽巷道頂板順平作為過渡架。（如圖1所示）

2.1.1 正常工作時期頂板支護方式 工作面采用ZY2800／14／32輕型掩護式液壓支架支護頂板。采煤機雙向割煤，往返一次進兩刀；割煤、刮板輸送機和螺旋滾筒裝煤、刮板運輸機運煤、液壓支架支護頂板，主要工序全部實現機械化，為綜采工藝。通過破煤→裝煤→運煤→移架→推溜實現現場的綜采工藝。

割煤：沿頂底板雙向割煤，往返一次進兩刀，煤機速度要適宜，且保證頂底板平整，煤壁齊直，不得隨意割底或留傘檐，斜切進刀長度不小于20米。

移架：采用及時移架支護方式，移架滯后采煤機后滾筒3～5架，追機作業，移架步距0.6米。若頂板破碎，端面距過大應拉移超前架及時支護頂。

正常移架操作順序為：

①開啟架間噴霧，收回側護板、護幫板；②降柱使頂梁略離頂板；③當支架可移動時，立即停止降柱，使支架移至規定步距(0.6m)；④調架使推移千斤頂與刮板輸送機保持垂直，支架不歪斜，中心線符合規定，全工作面支架排成直線；⑤升柱同時調整平衡千斤頂，使頂梁與頂板嚴密接觸約3-5秒，以保證達到初撐力（24MPa）；⑥伸出側護板使其緊靠上方支架，伸出護幫板頂住煤壁；⑦將各操作手把扳到“零”位，關閉架間噴霧。

推溜：隨移架后順序推溜，嚴禁相向操作，滯后移架5～10米，彎曲段長度不小于15 米，且要均勻過渡，推移步距0.6米，并保持平、直、穩。

支護要求：

①嚴格保證工程質量，確保工作面達到“三直、一平、兩凈、兩暢通”。②工作面割完煤后，應采取及時支護方式，實行單頭追機作業。③支架初撐力不得低于24MPa。④支架的工作阻力不超限。防止工作阻力超限的方法：對安全閥要定期檢查調試，安全閥調定壓力嚴格在額定工作阻力之下；井下不得隨意調整安全閥的工作阻力。⑤工作面煤層厚度為2.88米，采高為2.50米，需逮頂煤開采，支架為ZY2800／14／32型，最小支護高度為1.40米，最大支護高度為3.20米，支架活柱最小不得小于0.20米，最大不得大于0.78米。⑥工作面開采后及時對工作面進行常規“三量”觀測、頂板破碎度和綜采工作面的支護質量與動態監測，分析頂板的運動規律和礦壓顯現特征，評價ZY2800型液壓支架的適應性。對頂板臺階移動、支架傾倒、移架不到位、片幫、漏頂、懸頂區域要實行掛牌警告，并及時整改。

2.1.2 正常工作時期的特殊支護 正常工作時期，需要檢修煤機、溜子，煤壁片幫時，支架護幫板無法護幫時支設貼幫柱和臨時柱。

本工作面初采時，必須認真做好礦壓觀測預報工作；工作面停采時要編制停采措施，加強頂板管理。工作面支架初撐力不低于24MPa，泵站壓力不低于30MPa，乳化液濃度在3～5％范圍內。支架支護狀態完好，不滲不漏，安全閥滿足要求，支柱要迎山有勁。來壓時，要及時拉超前架；拉移支架時，要做到少降快拉，快速移架。工作面嚴格控制采高，并保持頂板割平，以免壓死支架或防止支架頂梁與頂板點接觸或線接觸。

開采過程中發生掉頂，當高度在400mm以下時，先敲幫問頂，摘除懸矸危巖，并仔細觀察頂板和支架情況，施工人員要先對冒頂周圍的支架進行加固，控制其范圍擴展，處理前必須備其備足所需材料，人員操作要精力集中。發生冒頂時，要由外向里逐架進行，并由頂板完好的地方開始，沿走向架設鋼棚、圓木或半圓木支護頂板，木料長度不小于2.0米，木料一端與支架頂梁搭接，另一端用單體液壓支柱作腿，在上方用半圓木或道木接實頂。冒頂區棚架設好后，先移頂板完好的支架，再移冒頂區支架。

2.2 端頭及過渡段支護管理

2.2.1 端頭支護 工作面端頭采用ZY5000／26／55型端頭切頂支架支護頂板。端頭由于面溜子電機、減速箱的影響端面距可以放寬一個步距，特殊情況下頂板破碎或人員需要進機道臥底、清理煤矸時，必須按規定及時支設貼幫柱、臨時柱，確保人員在有效支護下作業。

2.2.2 過渡段支護管理 工作面溜頭、溜尾逐茬挑頂各5架至正頂段與托頂煤接茬處需順直溜子，支架接頂。當出現支架錯茬、漏矸，頂板破碎難以維護時，必須在接茬處使用金屬菱形網、木料或竹笆維護頂板，防止出現錯茬漏矸。

2.3 日常勞動組織 工作面采用“三八”制作業方式，早班檢修班2個循環，中、夜班生產班每班3個循環，全天8個循環。

每班由三名帶班班長負責組織生產，配有安全網員、質量驗收員、采煤機司機、維修工、泵工等相關工種的操作人員若干名，不超過定員定崗人數。

3 日常安全管理

①施工時，必須嚴格執行“敲幫問頂”制度和“先支后改”的原則。確保人員在有效支護下作業，嚴禁空頂作業。②工區值班人員開工前，要把安全注意事項講清講細，對具體工作要有具體要求、具體安排。零星工程，必須安排有經驗的老工人進行，施工人員必須持證上崗，并由班組長按工程特點做到分工明確，并指定好施工負責人。凡是工區安排的“兩人及以上”施工人員參與的零星工程，應嚴格按照零星工程任務書的要求執行。③工作面加強液壓系統的檢修檢查力度保證液壓元器件正常使用，并在檢修前停止上級控制閥門。④人員需跨越機械設備時，必須走行人過橋，嚴禁橫跨設備。過橋平面要采用防滑鋼板，過橋要設欄桿，過橋高度要略大于溜子高度，嚴禁將過橋直接放在溜子上。各施工地點必須有符合要求、暢通的人行道，確保人員施工時的安全。人員抬運物料確需跨越溜子時，必須停機停溜子進行。⑤檢修、更換、運輸機械設備、大件時，必須嚴格執行“誰停電誰送電”制度。

4 結論

通過在3405E工作面成功的實施托夾矸綠色開采，收到了非常好的經濟效益和安全開采經驗。

4.1 與先前開采的同煤層煤的上分層比較，原煤回收提高了30％，大大提高了資源回收率。

4.2 收到了可觀的經濟效益，按照本工作面儲量為60萬噸計算，多回收30％的原煤，原煤價格按照500元/噸計算，可多創造經濟效益9000萬元。

4.3 通過本面安全實施了托夾矸開采，對于復合頂板今后的開采研究奠定了堅實的經驗基礎。

4.4 通過本工作面實施綠色開采過程中設備設施應用和實施工藝，解決了復合破碎頂板條件下支護難度大、工人勞動強度大、安全系數低管理難度大的問題，降低了噸煤成本。

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