神東礦區特厚煤層大采高一次采全高開采工藝研究

田 臣

（神華神東煤炭集團 生產管理部，陜西 榆林 719315）

1 神東礦區特厚煤層賦存狀況

神東礦區特厚煤層主要賦存在大柳塔煤礦、上灣煤礦、補連塔煤礦。1）特厚煤層儲量分析。神東礦區特厚煤層總地質儲量135 199.4萬t，其中1-2煤層總儲量9 340 萬 t；2-2煤 層 總 儲 量 83 009 萬 t；5-2煤 儲 量42850.1萬t。按照煤厚不同的儲量統計，6～7m儲量占總儲量的78.1%，7～7.3 m儲量占總儲量的18.1%，7.3～8m儲量占總儲量的3.8%。2）特厚煤層的平均厚度統計。上灣礦1-2煤平均厚度7.6m；補連塔礦1-2煤平均厚度7.0 m；上灣礦2-2煤平均厚度6.54 m；大柳塔礦5-2煤平均厚度7.08m。

2 回采設計

2.1 試驗工作面的地質狀況

上灣煤礦12206綜采工作面直接頂平均厚度1.51 m，主要為灰黑色的泥巖，塊狀。老頂平均厚度5.67 m，主要為灰白色粉砂巖、泥質膠結，致密、堅硬，裂隙不發育，波狀層理。直接底平均厚度0.95m，主要為灰白色細粒砂巖，以含石英、長石為主，泥質膠結，分選中等，裂隙不發育，具有斜層理。

2.2 工作面的設計

根據煤層賦存厚度，12206綜采工作面采用一次采全高的回采方法，見圖1。12205綜采工作面與12101工作面采空區之間所夾煤體最小寬度372.9 m，為最大程度地保證盤區采出率，根據《煤礦安全規程》，在12101與12205綜采工作面所夾煤體最窄處的12101工作面切眼上部留設25m防水、防突保護煤柱，開掘12206綜采工作面輔運順槽，與12205綜采工作面平行布置。

圖1 12206綜采工作面與相鄰工作面位置關系

12206綜采工作面整體沿煤層走向布置，工作面順槽沿煤層傾向布置。服務于該工作面的共有兩條運輸順槽（下順槽）和一條回風順槽（上順槽）。兩條運輸順槽中一條為膠運順槽；另一條為輔運順槽。回風順槽即為12205綜采工作面輔運順槽。工作面長度：

式中：L為綜采工作面長度，m；H為煤體最小寬度，m；LW為防水防突煤柱寬度，m；LA為輔運順槽寬度，m；LB為膠運順槽寬度，m；LAB為膠輔運順槽之間的煤柱寬度，m。

由式（1）計算得：L＝318.7m。切眼與兩側工作面對齊，距主回撤通道4231m。

3 開采工藝及技術

3.1 開采工藝

采煤機的割煤方式為雙向割煤，往返一次割兩刀。特殊情況下，使用單向割煤或半截深割煤，往返一次割一刀。采煤機的裝煤方式是通過滾筒螺旋葉片上的螺旋面進行裝載的，將從煤壁上切割下的煤運出。采煤機利用滾筒將煤裝在刮板輸送機溜槽上，后經刮板輸送機運送至機頭側，卸在轉載機溜槽內，經破碎機破碎后，由馬蒂爾出料口送出，裝在可伸縮膠帶輸送機上運出。工作面的控頂距離必須符合規定：

式中：Lmax為最大控頂距，mm；Lmin為最小控頂距，mm；L1為頂梁長度，取5 000 mm；L2為端面距，大采高工作面，取686～753mm；S為截深，取865mm。

3.2 開采技術

1）初采技術。初采前，根據工作面的實際地質條件，制定針對性的強制放頂措施和初采安全技術措施。強制放頂與初采期間，為防止架后頂板突然垮落造成較大的冒頂、颶風災害，工作面采高保持在4.5～5.0 m，強放前推進度不可超過5m。強放時，由于架后空頂面積較小，強放產生的颶風較小，降低支架初撐力，使支架頂梁剛能貼住頂板為準，既能改善強放效果，又可保護支架各連接部免受較大的震動和沖擊。為減小爆破對支架產生向煤壁的水平推力，可適當縮短分段爆破的段距。根據相同盤區并行布置的相關工作面生產經驗，預計老頂初次來壓及垮落步距，加強生產組織管理和個體防護，這對工作面安全高效渡過初采有著至關重要的關聯。上灣煤礦西二盤區7 m綜采工作面老頂初次來壓步距約45 m左右，初次垮落步距約50 m左右，當工作面推進至40 m時，控制臺司機必須密切監視支架壓力的變化，發現局部支架壓力超過40 MPa時，必須立即提醒工作面所有人員提高警惕。

由于上灣煤礦西二盤區工作面整體全部呈正坡推進，初采期間沿底回采，工作面呈仰采狀，有利于頂板壓力和垮落能量向采空區傳遞。整個工作面架后全部自然垮落，且據經驗推進70 m之后，老頂來壓呈現出較為規則的周期性，工作面恢復正常6.8m采高。

2）工程質量控制。大采高綜采工作面生產組織中，工程質量控制難點主要涉及：頂底板、采高、片幫、大塊煤、防倒架等六個方面。

頂板控制，大采高綜采工作面，受采高影響，礦壓顯現明顯。工程質量事故發生頻次最高的就是漏頂，上灣煤礦在7 m大采高綜采工作面防漏頂控制方面主要采取以下措施。第一，護頂先護幫，要想支護好頂板，必須最大程度地護住煤幫，必須使用好護幫板和保證支架的初撐力，煤機通過頂板破碎已經拉出超前支架的地方時，只收回二、三級護幫板，保留一級護幫板掩護煤壁；煤機通過以后，再將二、三級護幫板打出。第二，頂板破碎段不二次拉架調整支架。在來壓破碎頂板范圍內，以護頂為先，支架拉出后不調架、不扶倒架，待壓力過后再行調整。第三，超前預控，重點安排。需要預測工作面來壓時間和班次，重點安排護頂工作。要求控制臺司機及時觀察支架工作阻力變化情況，一般25.2～30 MPa之間，發現局部開始來壓（壓力顯示達到30 MPa以上）時，工作面應立即采取相應措施。第四，現場管控，執行到位。第五，頂板保護，漏頂處理。割煤時根據煤層厚度情況，盡量留設200～300mm頂煤，便于護頂。調整工作面底板時，嚴禁大臥，防止截割深度大，致使梁端距過大，造成漏頂。割煤時發現工作面來壓，頂煤留不住，隨滾筒割煤開始有漏矸趨勢時，立即減少成組收護幫板架數，檢查煤機前方若有因片幫可拉超前支架的地方，及時拉出。漏頂時，放慢割煤速度，割一架拉一架，割煤速度取決于拉架速度。當工作面局部壓力大，漏頂、片幫嚴重時，必須采取局部連續加刀等快速推進方式，直到頂板護住之后，再調整工作面。

底板控制，當煤層厚度小于7 m時，沿底回采，底板起伏變化時做好平緩過渡。當煤層厚度大于7 m時，留設200～300mm頂煤，底板割平。割煤過程中，每10架降滾筒探測一次底煤，實時掌握底板情況。

采高控制，技術員根據地質預測預報，及時了解工作面煤層厚度變化情況，并向各帶班隊長、班組傳達，提前掌握情況。在工作面每隔10架懸掛一根采高棒，采煤技術員每天對其校對，保證讀數準確無誤。帶班隊長、煤機司機要及時觀察架后垮落煤量，并堅持每班至少探一次底煤（探底間距為10架），以此掌握和控制頂底煤留設厚度。煤機司機通過觀察采高和頂底煤厚度，根據搖臂升降刻度儀，精確控制采高。煤壁片幫大都留下傘檐，當工作面無壓時，盡量不超前拉架，否則支架拉入傘檐造成采高降低。

片幫及大塊煤控制，要控制好收打護幫板操作行為。工作面煤壁片幫控制手段主要使用支架護幫板，工作面來壓時，必須嚴格控制成組收護幫板架數，做到“少收、勤收、及時打”，必要時指定專人超前煤機頂滾筒2架，逐架手動收護幫板。片幫的能量源頭來自于頂板壓力，因此必須加強護頂工作，來壓期間必須保證支架初撐力達到要求。頂滾筒司機割煤時，要密切注意觀察滾筒附近的煤壁活動情況，發現煤壁有裂隙，大塊煤可能片落時，減緩煤機速度，盡量用滾筒將大塊煤破碎，并提前將護幫板打成約45°角，使大塊片幫煤落入溜槽，防止片到溜槽外。要防范大塊煤在溜槽內堵塞運輸機，造成運輸機過載壓死。

兩端頭控制，大采高綜采工作面兩端頭控制的要點主要有上下出口安全距離控制，運輸機機頭、機尾起橋和防止機頭啞鈴銷推斷。

3）末采技術。在主回撤通道內距底板高3.3m（右滾筒直徑3.2 m）處和1.9 m（溜槽高1.8 m）處設置反光貼標識、在探巷的兩幫高1.7 m處劃白線并以米為單位標上標尺、用激光儀打出距探巷口底板1.7 m的水平面等辦法找出參照標準，作為貫通時控制底板的標志，多措并舉、確保每次貫通質量達到優質。末采對采高及頂底板控制要求較高，尤其當工作面距回撤通道小于13 m后，工作面采高保持在4.8～5.0 m，必須準確掌握工作面各點的提臥標準，有目的、有尺度地調整工作面。

4）礦壓顯現規律。經觀測，12206綜采工作面老頂周期來壓步距為9～11 m，這與12205綜采工作面老頂周期來壓（步距為9～14 m）相比，規律性較強，整個回采期間凡支架控制范圍內的頂板穩定性強，架后頂板規則垮落，從未發生范圍超過10架，冒落高度超過1 m的漏頂事故。

4 效率分析

由于采高增大，采面加長，這與以往較低采高的綜采工作面相比，7 m大采高綜采工作面充分展示了它的生產優勢。如表1和表2所示，從表中看出，若與12205綜采工作面同期相比，12206綜采工作面的日產量提高13.3%。采用增大采高一次采全厚的生產工藝要比繼續延用上一工作面生產設備和工藝平均采出率提高9%。

5 結束語

1）上灣煤礦12206綜采工作面煤炭資源回收率高達94%，平均生產效率2300t/h。7m大采高綜采模式在生產效率和資源回收率方面表現出巨大優勢，在7 m大采高綜采生產模式的基礎上，仍有繼續探索提升的廣大空間。2）大采高綜采工作面一次采全高，既提高了采出率，又減少了采空區遺煤，降低了采空區自燃等煤礦衍生災害，保護了地層環境，節省了治理費用。回采期間，大大降低了因采空區氧化而引發的有毒有害氣體涌出現象的發生率，對工作面“一通三防”環境改善，起到重要作用。3）與分層開采相比，大采高一次采全高綜采工作面大大降低了回采巷道掘進率，減少了巷道支護費用及采空區注漿、鋪網等回采材料費用，降低了頂板管理難度。特厚煤層開采中，采用7m等大采高回采技術，可減少分層數目，提高生產效率和效益。4）7 m大采高綜采工作面配套的大功率設備阻力大、強度高、能耗低，噸煤成本低。工作面礦壓顯現規律性強，頂板、煤壁支護到位，且隨著工作面的推進，所有設備基本實現自移，提高了生產效率，減輕了勞動強度，保證了作業安全。

表1 工作面生產效率對比情況表

表2 煤炭采出率對比情況表

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