綜采放頂煤工藝在靈石礦區的實踐

候繼東

（山西靈石縣煤炭工業局，山西 靈石 031200）

引言

興發煤礦10號煤層現回采工藝為高檔普采，部分礦井嘗試采用綜采一次采全高（4.5 m左右）工藝。高檔普采因受其工藝限制，資源的浪費比較嚴重；綜采一次采全高雖然比高檔工藝先進，能減少資源的浪費[1]，但作者認為對于總厚5.6 m的煤層來說，此工藝的適應性還需進一步研究和探討。

經過專家多次論證，興發煤礦采用了綜采放頂煤工藝對10號煤進行回采。下面就綜采放頂煤工藝在興發煤礦的實踐、探索做以下整理，以期能為本地區條件相似煤層的開采提供有益的經驗和參考。

1 煤層賦存概況

井田構造形態基本為寬緩的褶曲構造為主，北部為軸向北東—南西的向斜構造(S3)，樞紐向西仰起。井田中部為軸向北東—南東的背斜構造(S4)，樞紐向北西傾伏。在10號煤上覆9號煤層井巷開拓、回采中未發現斷裂構造現象，但揭露16個小陷落柱。平面形狀均為近圓或似橢圓形，規模不大，長軸30 m左右，短軸25 m左右。井田構造復雜程度為簡單構造。

10號煤位于太原組下段中部。頂板為砂質泥巖，節理裂隙發育，具水平層理，屬不穩定—較穩定型頂板；底板為泥巖或砂質泥巖，節理裂隙不發育，屬不穩定—較穩定型底板。

10號煤層厚度平均5.6 m，自上而下的結構為煤（1.2 m）、矸（0.8 m）、煤（4.6 m），傾角0~13°，平均7°。此煤層分布廣泛，埋藏較深，保存良好，厚度變化不大，是穩定可采的厚煤層。

2 綜采放頂煤工作面采煤方法

根據煤層賦存條件、開采技術條件、地面保護要求、采掘運裝備水平和有關要求，以及提高單產、效率、回采率、生產安全、經濟效益等因素，經綜合技術經濟比較確定10號煤采用綜采放頂煤開采。

工作面設備選用：采煤機選用MG180/420-WDK型電牽引采煤機。該采煤機最大采高3.2 m，截深0.6 m；液壓支架選用ZF4400/17/27型液壓支架，支架的重量13 900 kg，工作阻力為4 400 kN，支架中心距為1.5 m，支護高度為1.7 m~2.7 m,支護初撐力為3 960 kN[2]；工作面的刮板輸送機、轉載機、破碎機根據工作面的生產能力分別選用SGZ-630/264型前刮板輸送機、SGZ-764/500型后刮板輸送機、SZZ-730/160型轉載機、PLM-1000型破碎機。

101工作面巷道布置：為一進（101機軌合一巷）一回（101回風巷）布置，101機軌合一巷擔負原煤運輸、材料運輸的任務和進風的任務，101回風巷擔負回風任務。

綜放工藝流程為：煤機機尾斜切進刀—→下行割頂—→伸出支架前探梁—→煤機至機頭落滾筒割底—→上行割底—→移架—→推溜—→放煤—→拉后溜。

101工作面參數：設計采高2.2~2.5 m，放頂煤3.1~3.4 m，采放比為1:1.4；放煤工藝為一采一放、分段順序放煤；放煤標準為放煤口見1/2~2/3矸石停止放煤；煤機進刀方式為端頭斜切進刀；割煤方式為下行割頂上行割底往返一刀；采用走向長壁布置，全部跨落法管理頂板。

101工作面采用后退式開采，工作面長度為160 m，走向長度為680 m，工作面采用一進一回“U”型通風方式，單產最高可達0.4萬t/日，因礦井生產能力核定限制，工作面實際年產量為56萬t，實現了礦井的高產高效。

3 綜采放頂煤工藝特點

1）工作面順槽沿煤層底板布置，采用錨網、錨桿、鋼帶、錨索聯合支護，礦壓顯現比較明顯的巷道區段另架棚加強支護取得了很好的支護效果，使巷道的維護量大大減少，且為綜放工作面的高產高效提供了安全保障。

2）與一般的綜采工藝相比：第一，移完架后推前溜子至煤壁，放煤后再拉移后溜到支架后尾梁下的位置。第二，移完溜后多了放頂煤這一工序。放頂煤為綜放工藝的關鍵工序，一般要根據架型、放煤口位置及尺寸、頂煤厚度及破碎情況合理確定放頂煤的步距及作業方式。101面的放煤工藝為一采一放、分段順序放煤。第三，移架到位后，放煤前要反復升降后尾梁幾次，以達到把后尾梁上方較大的煤塊擠碎的目的，有利于下一步的放煤作業。第四，利用調斜技術和推移順序來控制前、后溜子的下滑、上竄。

3）機頭機尾各保留3架不放頂煤，這樣能保證上下出口的頂板完整，并有利于頂板的維護。

4）考慮轉載設備和皮帶運輸設備的運載能力及安全，一般割煤和放煤不同時進行，而是先割煤再放煤，有序分時段進行。

5）放煤控制在綜放工藝中尤其重要，首先是回采率的保證，其次是煤質的保證。根據現行進行各個程度的實驗和測算，最終確定一個回采率和煤質的最佳平衡點。

6）采空區防滅火是綜放工藝的重中之重。采空區因放煤不凈殘留有松散的煤炭，如不進行細致認真的通防管理，極易發生自燃事故。輕則影響生產，重則能造成工作面封閉等重大財產損失。綜放工作面必須具備兩種以上的防滅火措施[3]，101綜放面具備黃泥注漿防滅火系統和阻化劑防滅火系統。

7）綜放面的煤層層位管理工作十分重要，是實現高產高效高回收的重要前提。為了更準確地掌握工作面頂部及底板煤巖層的分布情況，每周組織相關技術人員對其進行探測，并畫出煤層層位柱狀圖用于指導各作業班組的層位控制，確保層位合理的常態化。

4 工作面頂板管理

綜采放頂煤工作面沿底板回采，所以工作面的直接頂板就是頂煤，如果頂煤破碎，則可能會造成漏頂、冒頂，進而造成歪架、倒架事故的發生，嚴重影響安全和生產。造成頂板破碎的原因有以下幾種：第一，支架初撐力不足。原因也是多方面的，如液壓供液系統故障、系統調壓不足、支架液壓系統出現竄液、漏液現象，管路損耗，或者工人操作升柱手把供液時間短等原因導致支架達不到應有初撐力，無法實現支架對頂板的有效支撐，進而造成頂板破碎[4]。第二，支架接頂狀況不良。由于采煤機滾筒的割煤精度問題，致使被割后的頂板不平整，進而造成支架接頂不良、受力不均，不能使頂板得到及時有效的支護。第三，周期來壓。周期來壓期間，頂板所承受的壓力驟增，超過煤體的承載極限就會發生破碎。第四，遇有地質構造如斷層、陷落柱等。第五，上覆煤層采空區應力影響。上覆煤層采空區的保護煤柱會產生應力集中區，進而傳遞到頂板煤層，造成煤體破碎。

針對以上原因，對頂板管理采取增加支架的初撐力，生產過程中二次補液，提高煤機手精細操作，保證支架的接頂質量，遇到地質構造及時地采取相應的措施，從而使工作面頂板支護達到最佳狀態。

5 存在的問題

101綜放工作面是本礦區第一個綜放工作面，對于綜放工藝有一個不斷摸索、實踐的過程，要真正實現綜放工作面高產高效還需要解決以下幾個問題：

1）放頂煤開采技術因煤質因素一般無法把頂煤徹底放凈，這樣一是造成回采率相對低（與分層開采比），二是采空區內遺留有沒放凈的松散煤炭，容易出現采空區煤炭自燃，給安全生產造成很大影響。

2）后溜位置易發生氣體積聚。因后溜位置空間有限，且支架部件對風流構成阻礙，致使風量相對不足，風流相對不暢。興發煤礦為瓦斯礦井，經長期監測，該位置無瓦斯積聚出現。但對于高瓦斯礦井而言，理論上有積聚的可能性，還需在高瓦斯條件下進行細致認真的監測觀察。

3）防塵任務量加大。本身作為綜采工作面煤機割煤就會產生大量的煤塵，加之后溜的放煤也會產生大量的煤塵，對架間噴霧、放煤噴霧等工作面防塵設施提出更高的要求。

4）興發煤礦是由傳統的地方煤礦兼并技改而來的礦井，從巷道斷面到輔助運輸，再到通風能力都無法滿足綜放設備運輸、綜放生產通風需求。為此，興發煤礦投入了大量的人力、物力進行了系統改造：巷道擴刷、軌道更換、絞車更新、回采巷道重新設計等才基本達到了綜放設備運輸、安裝、生產的要求。但老系統改造只能階段性地滿足一個綜放面的投放，而無法滿足產能進一步提升。

5）人員素質問題。綜放工藝的投入之后隨之而來的是新設備、高技術設備的投入。沒有專門的機電技術人才是無法維持設備長期正常運轉的。前期因均為新設備，即便是維護不到位，矛盾也沒凸顯出來；但隨著設備的持續使用，組件老化，到時維護不到位、檢修不到位、使用不規范的弊端就異常明顯了。嚴重的會使生產中斷，甚至威脅到安全。

總之，對于本地區來說綜采放頂煤工藝是個新鮮事物，興發煤礦率先投入，除驗證了對于均厚5.6 m的10號煤開采的可行性外，還提出一些待解決的問題與大家一起思考、探討。興發煤礦正嘗試通過增設外圍輔助工藝（如地面篩選系統）來解決提高綜煤質問題、采空區自燃隱患等問題，讓綜放工藝更完善地展現在大家面前，更好地為本地區的煤炭開采服務。

[1] 王繼仁,翟桂武.現代化煤礦生產技術[M].北京:煤炭工業出版社,2012.

[2] 姜福興.采煤工作面頂板控制設計及其專家系統[M].北京:煤炭工業出版社,2010.

[3] 譚云亮.礦山壓力與巖層控制[M].北京:煤炭工業出版社,2008.

[4] 袁亮,葛世容,黃盛初,等.煤礦總工程師技術手冊[M].北京:煤炭工業出版社,2012.