大采高高瓦斯綜采工作面回采實踐

常爭峰，張光文

(西山煤電(集團)有限責任公司東曲礦，山西 古交 030200)

東曲礦隸屬于西山煤電(集團)公司，是一座年設計生產能力為400萬t的現代化高產高效礦井，主采煤層為2#、4#、8#、9#煤。隨著礦井的快速發展及井田的合理規劃，由原來的+973 m單水平開采發展為雙水平開采，即與+860 m水平同時開采。+860 m水平首采工作面為28202工作面，是東曲礦首個大采高高瓦斯綜采工作面，面對其回采過程中出現的新的問題，在無任何經驗可借鑒的情況下，通過探索實踐，該礦對大采高工作面有了新的認識，新的管理辦法，開創了一條高產、高效、高資源回收的路子，為產量的快速提升提供了保障。

1 工作面地質概況

1．1 煤層賦存及儲量情況

該工作面煤層結構復雜，賦存較穩定。8#煤層厚度在2．2 ～3．8 m，平均厚度 3．3 m，容重 1．37 t/m3，煤層含1～3 層夾矸;8#上煤厚度在0．3 ～0．8 m，平均厚度0．6 m。局部位置有8#煤與8#上煤分叉，夾矸厚0．0 ～1．5 m，平均 0．42 m。工作面將 8#煤及 8#上煤一次全部回采，其總厚度在3．3 ～5．3 m，平均4．3 m。煤層傾角2°～8°，平均傾角5°。工作面工業儲量91．5萬 t，可采儲量 86．9 萬 t，回采率 95%。

1．2 工作面涌水量及瓦斯涌出量

1)工作面回采期間，正常涌水量約35 m3/h，最大涌水量約100 m3/h。

2)絕對瓦斯涌出量為45 m3/min。

2 巷道布置及超前支護

2．1 巷道布置

工作面由軌道順槽、皮帶順槽及切眼組成，同時考慮到高瓦斯的影響，為其施工了高位抽巷、低位抽巷。其中，兩順槽長度均為1 200 m，采用矩形斷面，其寬度 4．5 m，高度 3．5 m，面積 15．7 m2;切眼長度206 m，寬度9．0 m，高度3．5 m;均采用全錨支護。高位抽巷沿7#煤頂板施工，采用半圓拱斷面，面積8．89 m2;低位抽巷沿9#煤頂板施工，采用梯形斷面，面積12．09 m2;高、低位抽巷均貫穿工作面走向長度。

2．2 超前支護

超前支護采用戴帽單體柱進行超前支護。柱帽采用鐵質柱帽，規格為長600 mm的7#“π”型梁，其長邊平行于工作面。具體支護形式：從工作面煤壁算起，10 m范圍內沿順槽方向每米打設3根戴帽單體柱進行支護，貼幫柱距其側巷道兩幫0．45 m，皮帶順槽柱距分別為1．5 m，2．1 m;軌道順槽的柱距均為1．8 m。10 m以外沿順槽方向每米打設2根戴帽單體柱進行支護，貼幫柱距其側巷道幫0．45 m，皮帶順槽、軌道順槽柱距均為3．6 m。超前支護距離均不小于20 m，并留有高不低于1．8 m、寬0．7 m的人行道。

3 工作面回采方法及其設備選型

3．1 工作面回采方法

工作面采用單一走向傾斜長壁后退式全部垮落綜合機械化開采。其工藝流程為：割煤→移架→推溜。進刀方式采用端部割三角煤斜切進刀，雙向割煤，前滾筒沿頂板割頂煤，后滾筒沿底板割底煤，截深915 mm，本架操作，追機作業。由于工作面采高高于兩順槽高度，所以采煤機割至機頭機尾時，工作面頂板到兩順槽頂板必須有一過渡段，以滿足液壓支架支護及運輸機的使用要求。

3．2 工作面設備配備及其特點

1)采煤機采用太原礦山集團有限責任公司生產的MG500/1200－WD，其特點為：a)總體結構為多電機橫向抽屜式布置的主機框架結構，組裝、更換方便。b)牽引方式采用機載交流變頻調速銷軌式無鏈牽引，最大速度可達12．8 m/min。c)大功率、高電壓、大截深，即裝機功率為1 130 kW，采用3 300 V電壓，截割深度915 mm。d)控制系統科學化：控制系統采用PLC可編程控制器進行各種動作的控制。e)監測系統直觀化：監測系統采用工業計算機，實現恒功率自動控制，數據記錄、回收和處理，并提供中文界面顯示各種參數和運行狀況。

2)刮板輸送機采用山西煤礦機械制造有限責任公司生產的SGZ900/1050，其特點為：高電壓，運輸能力強、功率大，即電壓為 3 300 V，運輸能力為2 000 t/h，功率為1 050 kW。

3)轉載機、破碎機分別采用山西煤礦機械制造有限責任公司生產的SZZ－900/315及PCM200型，其特點分別為裝載能力強、破碎效果好，功率大。

4)支架采用鄭州四維機電設備制造有限公司生產的 ZY9600/25．5/55，ZYG9600/25．5/55，ZYT9600/25．5/55分別作為工作面的端頭架、過渡架和基本支架。其特點為：工作阻力大，其值為9 600 kN，最小支撐高度為2．55 m，最大支撐高度5．5 m。

4 工作面出現問題及其對策

+860 m水平為高瓦斯區域，28202工作面為+860 m水平首采工作面，該礦第一個大采高工作面，回采過程中出現了其特有的問題，即瓦斯高、工作面片幫竄矸、刮板運輸機“上竄下滑”，對此該礦采取了針對性措施，收到了良好的效果。

4．1 高瓦斯的治理

工作面回采時采用“U”型通風系統，采用本煤層、高位抽巷、低位抽巷及上隅角、采空區抽采。通過回采實測，抽采量24 m3/min。其中，本煤層4．62 m3/min，高位抽巷 14．16 m3/min，低位抽巷 3．54 m3/min，上隅角 0．84 m3/min，采空區 0．84 m3/min，抽采率達到53．33%。利用地面瓦斯抽采泵對低位抽巷、本煤層進行高濃度、高負壓抽采。利用井下移動泵對上隅角埋管、采空區、高位抽巷進行大流量、低負壓抽采。高、低位抽采巷采用封閉巷道埋管方式抽采。

通過多管齊下，抽采與通風相結合的綜合性措施，避免了瓦斯對安全生產的制約(上隅角最大瓦斯濃度為0．45%)，充分發揮大采高工作面大功率設備的能力，每班能按正規循環作業，圓班原煤產量最大可達到15 000 t。

4．2 工作面片幫竄矸

煤壁片幫竄矸的幾率隨采高的增大而增大，直接影響著工作面的頂板管理，危及作業人員的安全。因此，采取以下措施：

1)因工作面支架有兩級護幫板，總長度1．9 m，采煤機通過前，超前1～2架將其收回;采煤機割煤后，及時將其打開，以此作為防止片幫及竄矸的重要措施。

2)加強頂板壓力監測，確保支架初撐力。對工作面的壓力實行動態監測，在周期來壓期間，加強支架初撐力，確保支架接頂嚴實，防止頂部壓力傳遞于煤壁，造成片幫竄矸。

3)在支架立柱之間安裝擋矸板，阻擋煤壁向架間內竄矸傷人。擋矸板采用5 mm厚鋼板加工成內板與外板兩部分，外板兩側焊接d20 mm圓鋼與立柱內側焊接的鋼管相固定，每架安裝一個。內板可在外板的滑動槽內滑動形成“抽屜式”，以此根據采高調整擋矸板的高度，確保擋矸效果。

4．3 刮板運輸機的“上竄下滑”

4．3．1 “上竄下滑”危害性

工作面在初采時，刮板輸送機出現明顯的下滑，一度導致工作面無法正常生產，其主要危害表現為：

1)機尾安全出口不暢通，機頭轉載機緊貼采煤幫，無法推移，為了保證出口暢通，裝載機能正常推移，需對皮帶順槽的采煤幫、軌道順槽的保險幫進行擴幫，既增大了工作量，又留下了安全隱患。

2)運輸機與裝載機搭接不合理，造成卸載困難，運輸機拉回煤，使負荷增大，甚至造成斷鏈事故，影響安全生產。

3)導致工作面機頭端頭懸頂面積大，為兩端頭支護帶來困難。

4)引起支架推拉桿與運輸機之間不垂直，產生一夾角，推移支架過程中因支架底座變向，極易擠壞電纜、管路等，影響正規循環。

4．3．2 控制“上竄下滑”措施

1)工作面偽傾斜開采。

通過實踐，偽傾斜開采，即使工作面上下端頭相差一定距離，也能控制刮板運輸機上竄下滑，是較有效的措施。其原理如下：

a)工作面采用偽斜開采后，使工作面傾角變小，降低了下滑力，同時增加了阻止刮板輸送機下滑的力，從而減少了刮板輸送機所受的下滑力。

b)將工作面調成偽斜回采，使推移千斤頂推輸送機時給輸送機一個傾斜向上的力，防止了輸送機下滑。

c)正常回采時，工作面始終保持偽傾斜，可有效控制運輸機的下滑。當工作面下端頭超前上端頭距離過多時，將造成刮板運輸機上竄;當工作面下端頭超前上端頭距離不足或下端頭滯后上端頭時，將造成刮板輸送機下滑。

根據經驗公式，工作面調斜距離為：

式中：S—調斜距離，m;

L—工作面長度，m;

?—工作面傾角。

2)正確的施工工藝。

進入工作面后，每班注意觀察運輸機動向，積極控制。若發現略微有上竄趨勢，即采煤機向上端頭割煤過程中，只拉移支架不推移運輸機，待采煤機在機頭錯刀后，由機頭向機尾推移運輸機，但采煤機向下端頭割煤時，按正常循環進行;若發現略微有下滑趨勢時，則相反。若發現上竄下滑相對明顯時，除采用上述措施外，并將頭尾按比例推進來控制。

5 結論和建議

通過28202工作面的回采實踐，可以看出，大采高高瓦斯工作面能夠按正規循環作業，環節無影響的情況下，產量及效益明顯。就本工作面而言，日產能力遠遠超出了原來+973m水平2#、4#、9#煤3個綜采面的合計日產能力，同時也緩解了原煤拉運緊張的局勢，不但為該礦產量的大幅度提升提供了保障，而且提高了資源的回收率。但是為實現大采高高瓦斯綜采工作面的順利回采，充分發揮大采高工作面的產能優勢，需重點把握以下四個方面：

1)瓦斯治理。對高瓦斯工作面而言，瓦斯無疑是影響生產的重要因素，一旦得不到根本性治理，不但影響礦井產量，甚至造成重大事故。通過此工作面對瓦斯的治理，效果明顯，走出了一條“以抽采為主，通風為輔”的綜合治理瓦斯之路。

2)機械設備的管理。機械設備的正常運作是實現高產量的必要條件，對大采高工作面尤為明顯，其所用的設備全部為大功率、現代化的設備。

3)運輸系統的優化。運輸系統是實現大采高工作面單產高效的基礎。從工作面運輸機到選煤廠洗選皮帶機，運輸能力應該逐級加大，才能使工作面正常生產。

4)人員素質的提高。職工是企業的根本，職工素質是企業發展的關鍵。針對高瓦斯大采高工作面，全新的現代化的大型設備需要工作人員的維護、保養、操作;大采高工作面的回采工藝要求崗位人員熟練掌握;高瓦斯的治理技術需要進一步完善，所以職工的專業水平和綜合素質必須提高，才能服務于安全生產。