厚煤層不規則塊段連續采煤機短壁開采技術

苗彥平，杜　濤，王碧清，石曉光

(1.西安科技大學 建筑與土木工程學院，陜西 西安710054；2.陜煤集團神木張家峁礦業有限公司 生產技術部，陜西 榆林 719300；

3.中國煤炭科工集團太原研究院有限公司,山西 太原 030006)

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厚煤層不規則塊段連續采煤機短壁開采技術

苗彥平1,2，杜濤3，王碧清2，石曉光3

(1.西安科技大學 建筑與土木工程學院，陜西 西安710054；2.陜煤集團神木張家峁礦業有限公司 生產技術部，陜西 榆林 719300；

3.中國煤炭科工集團太原研究院有限公司,山西 太原 030006)

[摘要]基于陜煤神木張家峁礦5-2煤北部殘留不規則塊段煤層厚、埋深淺、頂板穩定不易垮落的特點，從巷道布置、設備配置、回采工藝、工作面通風等幾方面，詳細介紹了連續采煤機短壁開采技術在厚煤層不規則塊段回采中的應用。回采過程中，針對頂板不易垮落形成采空區大面積懸頂的安全隱患，通過分段爆破強制放頂的方法，有效避免了頂板大面積垮落；通過構建區段邊界回風通道，改善工作面作業環境。現場實踐表明，連續采煤機短壁開采技術適用于穩定頂板條件下厚煤層不規則塊段的開采，安全、高效地完成了5-2煤北部殘留不規則塊段的回采。

[關鍵詞]連續采煤機；短壁開采；厚煤層；強制放頂；邊界回風通道

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.05.006

[引用格式]苗彥平，杜濤，王碧清，等.厚煤層不規則塊段連續采煤機短壁開采技術[J].煤礦開采，2015，20(5)：23-26.

陜煤神木張家峁礦地處陜北神府礦區，礦井存在大量不規則邊角煤塊段，尤其是5-2煤范圍內煤層厚度大，儲量約3.33Mt。這些塊段分布不規則，無法布置正規的綜合機械化開采工作面。目前采用傳統旺格維利開采工藝對該部分資源回收，但面臨著工作面采用局部通風機供風、作業環境差，采空區頂板難以垮落容易形成大面積冒落隱患等問題[1]。針對上述問題，采用連續采煤機短壁開采工藝，通過構建邊界回風通道、爆破強制放頂等方式，以期安全高效地對礦井不規則塊段資源進行回收。

1工作面概況

5-2煤北連采工作面位于5-2煤3條大巷以北，N15203綜采面以南，對應地表位于東伙盤之北，李家溝之南。煤層賦存穩定，呈黑色，塊狀，以暗煤為主，亮煤次之，瀝青光澤。埋藏深度為57.4～156.5m，煤層傾角1～2°，厚度變化幅度較小，煤層的兩極厚度為5.2～6.0m，平均厚度為5.5m。直接頂板為泥巖，上部淺灰色，底部深灰色，團塊狀，中夾薄層粉砂巖，厚13.08m；基本頂為淺灰色粉砂巖，厚20.27m。5-2煤層屬自燃煤層，自然發火期35d。煤塵均具有爆炸危險性，爆炸性指數為33.35%。工作面范圍內水文地質條件簡單，已掘進巷道中涌水量最大為5～30m3/h，基本不影響生產，工作面地溫及地壓均屬正常。

2連續采煤機短壁開采技術

2.1　巷道布置

依據高回采效率、高資源采出率、低巷道掘進率的原則，根據生產系統需求，在塊段中部布置區段主輔運巷道，其北翼直接布置支巷進行回采，由于南翼區段面積較大，因此先在區段中部布置采區主輔運巷道，而后在主輔運巷道兩側分別布置支巷進行回采。塊段劃分為3個采區，支巷長度以不超過80m為準，回采按照一采區→二采區→三采區的順序進行。采區邊界布置回風通道并與塊段主輔運巷道相接。工作面巷道布置如圖1所示。

圖1　工作面巷道布置

2.2　設備配套

根據工作面地質狀況，依據“低投入高產出”的原則，結合工作面采、落、裝、運、支生產工序需求，選用連續采煤機短壁機械化開采裝備，具體設備配備情況如表1所示。

表1　回采工作面主要設備配備

2.3　巷道掘進

采用LC520連采機進行掘進，激光指向儀定向，二次切割成巷，無軌膠輪車、刮板輸送機、膠帶輸送機聯合運煤；液壓錨桿鉆機鉆孔，安裝錨桿完成掘進巷道的支護工作。

巷道掘進工藝流程為：交接班→開工前安全質量設備檢查(敲幫問頂、瓦斯、工程質量、探頭、設備等檢查)→開機前準備→割煤→裝煤→運煤→清理浮煤→支護。

掘進時循環進度為5.0m，最大空頂距為6.0m，最小空頂距為1.0m。

2.4　回采工藝

工作面采用雙翼進刀后退式回采工藝對煤柱進行回收，由里向外依次進行，先采右煤房再采左煤房，回采進刀方向與支巷均成45°夾角[2-3]。每刀完成后，支架順序邁步式交替前移至相應位置，進行下一個循環。連采機與履帶式行走液壓支架配合回采煤房工藝流程為：置液壓支架于支巷末端→采右翼煤房→清理浮煤→移右翼支架→采左翼煤房→清理浮煤→移左翼支架，如此類推，將支巷內所有采硐回采完畢。

以二、三、四、五號支巷為例說明連采機與液壓支架配合回采的施工順序，如圖2所示。

圖2　工作面回采工序

(1)將編號為A，B的液壓支架置于二號支巷末端，并將支撐強度升到7200kN；將編號為C，D的液壓支架置于三號支巷末端，并將支撐強度升到7200kN。

(2)調整連采機在距二號支巷末端12.0m處作為右翼煤房的進刀點，深度為12.5m，然后清理浮煤，退機。遙控前移右翼A支架5.5m(以后每次前移6.0m)后將支撐強度升到7200kN。

(3)調整連采機距支巷末端14.5m處作為左翼煤房的進刀點，深度11.5m，然后清理浮煤，退機。遙控前移左翼B支架8.0m(以后每次前移6.0m)后將支撐強度升到7200kN。

(4)依次回采二號支巷煤房，直至二號支巷右翼煤房回收完，左翼煤房剩1個時，將A，B支架支撐強度升到設計要求，將連采機退出二號支巷。

(5)調整連采機進入三號支巷，以相同工藝回采三號支巷煤房，直至三號支巷左翼煤房回收完，右翼煤房剩1個時，調整C，D液壓支架至膠運巷1，2號煤房西側，并將支撐強度升到設計要求，按照順序回采膠運巷1，2，3，4，5號煤房，最后將C，D液壓支架置于五號支巷末端，并將支撐強度升到設計要求。

(6)調整A，B支架至輔運巷6，7號煤房西側，并將支撐強度升到設計要求，調整連采機至6，7號煤房處，按照順序回采6，7，8，9，10，11號煤房，最后將A，B液壓支架置于四號支巷末端。

2.5　通風方式

工作面采用全風壓結合局部通風機增強供風進行通風，工作面主運巷為進風巷，輔運巷為回風巷，新鮮風流經支巷、工作面，再經邊界回風通道進入主運巷，最終匯入回風大巷[4-5]。工作面按最多作業人員數量、瓦斯涌出量、巷道要求最低風速確定配風量為616m3/min。選用一組型號為FBD№7.1/2×45型對旋軸流壓入式局部通風機進行供風，防止邊界回風通道垮塌時工作面風量不足，提高工作面供風可靠性。風筒采用直徑1000mm的柔性膠質風筒，局部通風機技術特征見表2。

表2　風機技術特征

2.6　運輸方式

工作面采用4臺膠輪車與刮板輸送機、膠帶輸送機聯合運煤，裝載機輔助裝煤，膠輪車裝煤后將煤卸載至刮板輸送機上，經刮板機轉載于膠帶輸送機最終進入主運輸膠帶，裝載機輔助將工作面灑煤運至刮板輸送機。膠輪車卸煤后沿塊段主輔運巷道聯巷調頭返回工作面接煤。運輸過程中重載車輛與空載車輛分別沿不同路線進出支巷，避免交叉運行干擾。

3頂板控制技術

根據工作面地質條件及連續采煤機開采工藝要求，工作面主輔運巷道、支巷及聯巷通常采用“錨—網—帶—索”聯合支護技術進行支護，地質條件較好時支巷兩幫不支護，條件較差及片幫嚴重時兩幫采用樹脂錨桿進行支護[6]。頂板條件較差時，巷道交叉區及采硐開口處應力集中區采用梯子梁或工字鋼并補打錨索加強支護，如圖3所示。

圖3　支巷支護方式

連續采煤機回采過程中，采用行走式液壓支架跟機支護實現采硐口三角區的支護，該支架能夠有效支護三角區頂板，控制頂板垮落，隔離采空區，防止采空區冒落矸石對人員、設備的破壞[7]。由于5-2煤頂板完整性較好，回采過程中無法實現隨采隨冒，容易形成大面積懸頂，而采用留煤柱管理頂板時為保證頂板安全不得不留設大量煤柱，極大地影響了煤炭資源的回收。同時，留設的煤柱經頂板長時間作用后容易壓酥失穩，失去支撐作用，從而造成采空區頂板大面積冒落形成颶風威脅鄰近工作面安全[8]，另外，采空區內大量的壓酥煤柱也為采空區發火提供了條件。

為此，采用局部爆破強制放頂技術實現分段完全垮落法控制頂板。

3.1　爆破位置的確定

根據前期回采頂板來壓規律及離層監測數據，結合本煤層鄰近工作面回采經驗，工作面回采極限垮落面積為10000m2，為保證安全，工作面每回采4條支巷(采空區面積約8000m2)后如若頂板未垮落即進行爆破強制放頂。炮眼呈“Γ”型布置在支巷口、主輔運輸巷道及聯絡巷內，炮眼中心線距巷道中心線1m(靠采空區側)。支巷口及主輔運巷道內炮眼孔距為2m，聯絡巷內炮眼孔距為5m。支巷口炮眼鉆孔呈扇形布置，夾角30°，聯巷內炮眼鉆孔平行于主輔運巷道中心線，如圖4所示。

圖4　爆破強制放頂

3.2　爆破參數設計

爆破后爆落矸石應能充滿炮眼下方空區，根據工作面地質條件，結合施工隊組現有施工技術設備，爆破參數設計如下[9]：

(1)炮眼參數本工作面平均采高h為5.5m，頂板垮落厚度為h1，頂板的巖石碎脹系數k為1.32，為保證冒落頂板能完全充填采空區，計算h1=h/(k-1)=17.2m，現場取炮眼垂深18m。炮眼仰角確定為30°，則炮眼長度為36m。張家峁煤礦現有鉆機為MYZ-150型全液壓坑道鉆機，鉆頭采用φ94mm合金鋼鉆頭，成孔直徑100mm。

(2)炸藥選擇采用礦用水膠炸藥，藥包規格為φ70mm×500mm，每包重1.8kg，雷管采用礦用毫秒延期雷管，裝藥系數為0.6，炮眼裝藥量為3.6kg/m，炮泥填裝系數為0.4，炮泥采用黃泥制作。

(3)裝藥炮眼采用連續耦合方式裝藥，并采用雙雷管雙導爆索引爆，其中1根導爆索延伸至炮眼底部，另一根導爆索與外側第一個藥包連接[10]，每一根導爆索均采用電雷管起爆，2個雷管在孔口采用并聯連接。

爆破操作時，先引爆邊界炮眼以改變原有頂板力學參數，中部炮眼延期引爆，增強對頂板的破壞。爆破后，爆破區爆落矸石將空區充滿，空區剩余部分頂板整體性受到破壞，隨著時間的推移逐步冒落，避免了大面積垮落對工作面的沖擊影響。

4應用效果

張家峁礦5-2煤北連采工作面采用連續采煤機短壁開采技術以來，支巷日掘進量30～40m，日回采采硐8～10個，月均產量65kt，工作面采出率75%。采用邊界回風通道后，工作面實測粉塵濃度低于3mg/m3，作業環境大大得到改善。局部爆破強制放頂后10～15d，采空區對應地表出現裂隙，裂隙落差最大100mm，寬10～30mm，驗證了爆破對采空區懸頂的改善作用，同時，工作面回采期間未出現來壓沖擊，保證了工作面的安全生產。

5結論

(1)張家峁煤礦5-2煤層不規則塊段采用連續采煤機短壁開采技術，結合構建邊界回風通道和爆破強制放頂技術實現了安全高效回采，為礦井類似條件煤炭資源的回收提供了切實可行的解決途徑。

(2)連續采煤機短壁回采時通過構建邊界回風通道，利用礦井全風壓結合局部通風機增強供風，不僅保證了生產需求，也有效地改善了作業環境，為生產人員的健康提供了保障。

(3)工作面達到極限懸頂面積之前進行局部爆破強制放頂，能夠使頂板逐步垮落，有效避免采空區大面積懸頂突然冒落對工作面造成沖擊，保證安全生產。

[參考文獻]

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[9]莊學安，臧傳偉，莊威.短壁工作面采場堅硬頂板強制放頂技術[J].煤炭科學技術，2014，42(11)：14-16,4.

[10]李慧平.神東礦區厚基巖頂板強制放頂初探[J].陜西煤炭，2005(2)：33-34.

[責任編輯：鄒正立]

Short-wall Mining Technology of Anomalous Section in Thick Coal-seam with Continuous Miner

MIAO Yan-ping1,2，DU Tao3，WANG Bi-qing2，SHI Xiao-guang3

(1.Architecture & Civil Engineering School，Xi'an University of Science & Technology，Xi'an 710054，China； 2.Mining Technology Department，Shenmu Zhangjiamao Mining Co.，Ltd.,Shanxi Coal Group，Yulin 719300，China； 3.Taiyuan Research Institute Co.，Ltd.,China Coal Technology Engineering Group，Taiyuan 030006，China)

Abstract：For the characteristic of thick coalseam，shallow buried depth，unstable roof，this paper introduced application of continuous miner in anomalous section of thick coalseam from roadway arrangement，equipment configuration，mining technique and ventilation.In mining，the method of subsection blasting for forced roof caving was applied to avoiding roof large-area caving.By constructing boundary air-return way，mining operation environment was improved.Filed practice showed that continuous miner was adaptable for anomalous section of thick coalseam under stable roof and residual 5-2 coal northern anomalous section was mined safely and high efficiently.

Keywords：continuous miner；short-wall mining；thick coalseam；forced roof caving；boundary air-return way

[作者簡介]苗彥平(1984-)，男，陜西神木人，采礦工程師，碩士研究生，現任生產技術部主任工程師，主要從事淺埋煤層開采、多煤層配采等技術研究。

[基金項目]山西省青年科技研究基金項目(2012021022-2)；陜煤集團神木張家峁礦業有限公司自立科技項目(SMZJFH(2014)-015)

[收稿日期]2015-03-27

[中圖分類號]TD823.5

[文獻標識碼]A

[文章編號]1006-6225(2015)05-0023-04