“三軟煤層”破碎頂板下綜采工序改進淺析

于世凱

(鄭煤集團公司 告成煤礦，河南 登封 452477)

綜采在現代化礦井中扮演者重要的角色，科學的工序安排更是達到高產高效的前提，告成礦位于鄭州礦區“三軟煤層”地質條件下，受滑動構造影響，造成構造帶直接壓煤，煤層厚度變化較大，煤層結構較為簡單，頂板極破碎，直接底為砂質泥巖。在工作面回采過程中，采煤機采用端頭割三角煤斜切式進刀，工作面每推進一個循環都要人工對煤墻進行支護，造成人工勞動強度大，空頂時間長，煤墻片幫嚴重，窩工、復工現象經常出現，管理難度增大，產量、煤質一直影響安全生產效益。

1 井田概況

1.1 井田位置

告成井田位于穎陽—蘆店向斜的南翼東段，井田內主要構造為“滑動構造”，由滑動面、下盤及上盤的滑體構成，此構造影響井田范圍

圖1 告成煤礦交通位置示意圖

告成煤礦位于河南省登封市SE40°、直距12km處。行政隸屬郜城、盧店、大冶鎮。新（鄭）密（縣）鐵路專線向西直達告成煤礦，并與登煤鐵路相接。兩條鐵路線分別于新鄭、大安交于京廣線及焦枝線。鄭州～少林～洛陽高速、登封～許昌高速均在煤礦北部的盧店鎮設有出入口，207國道從井田西部穿過，237省道貫穿煤礦南北，各鄉村間均有柏油公路相連，交通極為方便，詳見圖1。達75%左右。構造的特點是先擠壓收縮后伸展拉張，地層受到強烈推擠，晚期伸展拉張形成的正斷層使井田的中部處于應力集中區。同時滑動構造主要發生在二1煤層附近，對二1煤層產生強烈的推擠鏟蝕作用，造成煤層的原始結構遭受破壞（破壞類型為Ⅳ、Ⅴ），呈現出層間擠壓、揉搓的構造特征。從生產揭露和鉆孔煤芯來看，二1煤多以粉、粒狀為主，偶夾塊煤亦為粉煤壓固而成，強度極低，指壓可碎，且滑面發育。二1煤層具有頂板軟、煤層軟、底板軟的特性，屬豫西“三軟”不穩定難采煤層。井田構造程度屬中等偏復雜類型。礦區北部為盧店勘探區，東部為朝陽溝煤礦接替小井及莊頭鋁土礦，南部為新登煤礦。

1.2 交通位置

1.3 水文地質

告成井田處于穎河地下隱伏排泄通道北側，根據巖性和地下水的貯存埋藏條件及含水性等特征，井田地層可劃分為四個主要含水層：

上寒武～奧陶系含水層井田內分布不普遍，埋藏深度在300m以上淺的低洼地帶，構造復合部位巖溶、裂隙較發育，地下水年變化幅度1.01～3.02m，目前靜水位標高+168m。

太原組下段灰巖含水層由L1～L4四層灰巖組成，間夾薄煤層和砂質泥巖，其中L1灰巖溶蝕作用比較強烈，含水性較強，該含水層頂界面距二1煤層40～60m。

太原組上段灰巖含水層由L6～L9四層灰巖組成，為淺灰、深灰色中厚層狀燧石灰巖，一般為10～15m，為二1煤層底板直接充水含水層。

二1煤層頂板砂巖含水層為二1煤層頂板直接充水含水層，因受滑動構造的影響，井田內二1煤層頂板大部分為外來巖層，不同地段為不同時代的地層壓覆煤層，巖性差異變化很大，造成煤層頂板含水性區域變化很大，其中第三系、二疊系等以砂巖、砂質泥巖為主的頂板含水層，含水性較弱，三疊系圈門群一段至三段以砂巖為主的頂板含水層，含水性較弱。

1.4 工作面概況

21051綜采工作面位于-110水平21采區，主采煤層為二1煤，工作面設計走向長度1350m，傾斜長度105m，面積136148m2，煤層總厚：0.5m～12.8m，平均煤厚3.8m，煤層傾角：9～17度平均傾角12度。工業牌號為：貧煤。工作面正常用水量：50m3/h,最大用水量：130m3/h。瓦斯絕對涌出量：10m3/min。工業儲量104.4萬噸，可采儲量：42萬噸。受滑動構造的影響，煤層結構較為簡單，煤層厚度變化較大，工作面頂板為滑動構造帶直接壓煤，煤層頂板極破碎，強度較低，直接底為砂質泥巖。

2 原生產工藝

2.1 設備布置

21051工作面共液壓支架70架，其中端頭支架4架，過渡支架2架，中間架64架，采煤機1部，前部運輸機1部，后部運輸機1部，轉載機1部，破碎機1臺，乳化液泵2臺，移動變壓器2臺，信號照明綜合保護1臺，下付巷皮帶運輸機1部。

2.2 采煤方法

21051綜采工作面采用走向長壁布置，綜合機械化放頂煤，全部垮落法管理頂板。采煤工藝為綜合機械化放頂煤，采放平行作業；進刀方式采用端頭割三角煤斜切式進刀；采煤工藝流程為割煤→推前部運輸機→移架→調換滾筒位置反向割煤→推前部運輸機→移架→放煤；放煤工藝采用兩采一放中位放頂煤工藝，放煤步距為1.2m，放煤方法為多輪、順序、等量、間隔兩口放煤。工作面作業方式采用“三、八”制，即3個班生產、八點班上半班檢修。循環進度：1.2m，循環方式為多循環，循環個數：4個，循環率為95%。由于頂板極破碎，煤層強度極低，指壓可碎。為防止煤墻片幫，一方面加強煤墻注水；另一方面用單體柱配合荊笆、椽子對煤墻進行人工支護。

3 工序改進的必要性和可行性

3.1 必要性

由于21051綜采工作面傾斜長度較短，頂板極其破碎，該工作面在推進過程中，采用端頭割三角煤斜切式進刀。采煤機割煤期間工作面人員全部停止工作，注水人員無法及時對煤墻進行注水。采煤機過一刀后，要停機，人工對部分煤墻進行支護，效率極低，采煤機割煤后空頂時間長，加之煤墻注水時間短，經常出現煤墻片幫，掉頂現象。停機同時安排人員進行分組拉架，經常出現壓力不足，造成拉架時間長，拉架困難，同時煤墻支護期間材料用量較大，原生產工序不僅威脅到安全生產，而且窩工、復工現象嚴重，改進采煤工藝十分必要。

3.2 可行性

由于工作面較短，采煤機可采用中部斜切進刀的方式。中部斜切進刀的特點是輸送機彎曲段位在工作面中部，這樣的進刀方式能夠有效的提高開機率。作業人員先對將要割煤的煤墻方向進行作業，充分利用工作面短，兩端作業互不影響的特點，將各項工序的平行能力達到最優化。工作面采用中部斜切式進刀，跟機拉架，分段作業的方式，在施工過程中上有以下特點：①有效的提高開機率；②縮短空頂時間，防止煤墻片幫，保證安全及工程質量；③集中分段作業組織能夠避免窩工、復工現象；④跟機快速拉架能夠避免集中拉架時的泵壓弱問題。

綜上分析，改進后的施工工序能夠有效的適用于21051綜采工作面，在現場組織施工中具有良好的可行性。

4 改進后工序的具體實施

由于21051工作面較短，采煤機可采用中部斜切進刀的方式。采煤機開機前，先集中力量對將要割煤的煤墻進行人工支護，打眼注水，待一切工序完成后，可以開機割煤。操作過程為：①采煤機割煤至工作面左端；②空牽引至工作面中部，并沿輸送機彎曲段斜切進刀，繼續割煤至工作面右端；③移直輸送機，采煤機空牽引至工作面中部；④采煤機自工作面中部開始割煤至工作面左端，工作面右半段輸送機移近煤壁，恢復初始狀態。割煤期間留部分人員進行跟機拉架，其他人員對割煤的反方向進行煤墻支護、打眼注水、清煤等作業。這樣拉架的數量始終保持在兩架左右，泵壓完全可以滿足拉架要求。工作面采用中部斜切式進刀，跟機拉架，分段作業的方式不僅提高了開機率，縮短了空頂時間，從而有效的杜絕了煤墻片幫、冒頂等隱患，避免了窩工、復工現象，大大提高了工作面單產效率，取得了一定的經濟效益。

5 結論

此次21051綜采工作面的工序改進，不僅有效的提高了工作面產量，降低了噸煤成本，保證了安全高效生產，為“三軟煤層”破碎頂板開采條件下建設高產高效綜采工作面積累了寶貴經驗，具有一定的推廣價值。

［1］徐永圻.煤礦開采學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2009.

［2］煤炭工業部.煤礦安全規程[M].北京：煤炭工業出版社，1986.

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［4］楊宏峰.綜采面支護設備配套與回采工藝關系分析[J].中州煤炭，2013（1）：43-45.