大傾角破碎頂板極其復雜不穩定煤層綜采工作面俯采開采技術研究

王華偉　王延閣　王大勇

摘 要：針對五礦己三采區大傾角破碎頂板極復雜不穩定煤層綜采工作面俯采開采過程中存在的問題，在綜采工作面回采期間，通過制定并實施大傾角破碎頂板和極其復雜不穩定煤層綜采工作面俯采開采技術方案，杜絕了采煤工作面煤壁片幫、支架倒架、運輸機下滑、頂板漏頂及瓦斯防治等問題，最終實現大傾角破碎頂板極其復雜不穩定煤層綜采工作面俯采開采技術的應用，達到了大傾角破碎頂板極其復雜不穩定煤層綜采工作面在俯采時的安全高效生產。

關鍵詞：大傾角;破碎頂板;不穩定煤層;俯采

中圖分類號：TD355文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）31-0067-03

Study on the Technology of Overhand Mining in the Fully Mechanized

Coal Face with Large Inclination Broken Roof

WANG Huawei WANG Yange WANG Dayong

（Pingdingshan Tianan Coal Mining Co.， Ltd. No. 5 Coal Mine ，Pingdingshan Henan 467099）

Abstract： In view of the problems existing in the process of sublevel mining of fully mechanized mining face in Jisan mining area of No.5 Coal Mine with large dip broken roof and extremely complex and unstable seam， during the period of fully mechanized mining face， the sublevel mining technology scheme of fully mechanized mining face with large dip broken roof and extremely complex and unstable seam was formulated and implemented， thus the coal in fully mechanized mining face was eliminated. The problems such as wall slope， support inversion， conveyor sliding， roof leakage and gas prevention and control were finally realized. The application of Sublevel Mining Technology in fully mechanized mining face with large inclined broken roof and extremely complex and unstable coal seam was realized， and the safe and efficient production of fully mechanized mining face with large inclined broken roof and extremely complex and unstable coal seam was achieved.

Keywords： large dip angle;broken roof;unstable coal seam;prone mining

綜采工作面要實現安全高效生產，頂板管理是制約生產的關鍵環節，要提高綜采工作面的單產水平，必須從頂板控制、機電設備管理、勞動組織優化、生產工藝調整、生產工序的改進等多方面進行統籌優化與設計。特別是在大傾角破碎頂板極其復雜不穩定煤層綜采工作面俯采開采過程中，頂板控制不到位、支架管理的不合理、可彎曲運輸機管理的不科學，導致在生產過程中出現漏頂片幫等頂板事故及機電設備損壞事故，從而降低原煤生產工效，提高機電設備修復的價值率，加大支護材料的投入[1]。而通過實施大傾角破碎頂板極其復雜不穩定煤層綜采工作面俯采開采技術，能提高原煤產量，提升噸煤生產工效，降低材料投入，實現極其復雜條件下綜采工作面的安全高效生產。基于此，本文主要對該技術進行研究。

1 綜采工作面簡述

該采面位于己三采區東翼第五個階段，上部為已經回采結束的己16-17-23130采面，下部為已回采結束的己15-23190采面，東至邊切眼，西至己16-17-23190采面切眼外20m。該采面回采的己16-17煤層傾向NE35°～45°，走向SW125°～135°，傾角8°～12°，煤層厚度2.8～4.2m，平均為3.6m，結構簡單，中部夾矸1～2層，為泥巖，局部底板為炭質泥巖，己16煤層為塊狀片狀，己17煤層為片狀沫狀質軟，煤體結構為原生煤體。基本頂為細砂巖，厚度7.0～9.0m，巖性特征，灰白色致密條帶狀，有時為青色底部含方解石頭脈。直接頂為砂質泥巖，厚度3.0～4.0m，巖性特征，淺灰色條帶狀。偽頂為泥巖或炭質泥巖，厚度0.4m，巖性特征，深灰色泥巖較軟易碎。直接底為泥巖，厚度1.0～3.0m，巖性特征，淺灰色較致密塊狀。基本底為砂質泥巖，厚度5.0～8.0m，巖性特征，灰色，頂部含植物根部化石及菱鐵礦結核。

2 綜采工作面初采初放概述

己16-17-23152綜采工作面初采初放期間，采面切眼暴露1條走向正斷層，落差達到8m以上，由于受斷層影響，煤層賦存不穩定，造成采面中上部地段煤層上抬嚴重，局部地段煤層傾角達到25°以上。同時，受斷層影響，煤層沿走向一直處于俯采，俯采角度平均在17°以上。在初采過程中，受斷層影響，頂板破碎、煤壁片幫、礦山壓力顯現比較明顯。在采面初采過程中，液壓支架調整、運輸機平直調整、采煤機防止下滑、頂板生產過程中的有效控制、煤壁片幫控制、瓦斯防治措施的落實等問題嚴重制約了采面安全高效快速推進。

3 大傾角破碎頂板極復雜不穩定煤層俯采頂板控制與管理

大傾角破碎頂板極復雜不穩定煤層綜采工作面俯采開采過程中，工作面受俯采角度作用和受采動影響的礦山壓力的共同作用下，在回采過程中，采空區頂板斷裂產生的頂板壓力將在水平方向沿煤壁方向產生水平應力，在此沿煤壁層面的分力作用下，采空區頂板懸臂巖層的壓力將向煤墻方向超前移動，在應力極其集中的情況下，加劇頂板的支撐載荷，最終導致頂板支撐應力失穩，出現頂板裂隙和加速破碎破壞。同時，煤壁的水平位移量也隨之增大，導致煤墻支撐應力加大，出現煤壁片幫，煤壁側支護面積增大、支護強度降低，從而加劇煤墻側頂板的下沉及破碎，造成頂板維護工作量變大，作業條件惡化。

3.1 采用插斜子調整綜采工作面偽傾斜的方法控制頂板

通過插斜子調整工作面偽傾斜的方法使工作面與斷層構造帶在沿采面煤層沿傾向的夾角減小，從而減少斷層構造帶在工作面的揭露范圍，降低因受斷層應力影響造成頂板破碎地段揭露長度和揭露時間，防止因構造地段應力集中，造成頂板大面積空頂、漏頂、煤壁片幫事故。采用插斜子調整偽傾斜工作的施工方法降低工作面俯采角度，調整插斜子的比例為2∶5，即采面機頭進5刀，機尾進2刀;施工順序為：采煤機下端頭斜切進刀→推移輸送機→順序移架→割煤→順序移輸送機→順序移架→返刀下行。

3.2 大傾角破碎頂板極復雜不穩定煤層俯采防止頂板漏頂

綜采工作面在生產過程中，頂板現場管控是至關重要的環節和要素，特別是在大傾角破碎頂板不穩定煤層和地質構造的共同影響下，嚴重制約采面正規循環作業和威脅安全生產，因此，在此工作面的特殊地質條件下，頂板控制成為管理重點和難點。在生產過程中，預防頂板空頂、漏頂、煤墻片幫等，是提升噸煤工效和降低安全生產事故的重要舉措。防止大傾角破碎頂板極復雜不穩定煤層俯采頂板漏頂措施：移架與推溜方式采用追機移架順序推溜，支架初始位置距運輸機一個移架步距（0.6m），采煤機割煤后，距采煤機3～5m，即操作推移千斤頂進行移架，推溜滯后采煤機12～15m;頂板支護采用交錯式移架，即隔一架移一架，或采用追機移架，即采煤機前滾筒割頂煤后，立即進行移架，及時支護頂板。同時，采面頂板鋪雙層金屬網護頂;頂板破碎地段支護采用探木梁支護，即在支架前梁上架設走向木梁，木梁一頭搭在支架前梁上（不少于200mm），一頭在煤壁側打上單體柱，單體柱與運輸機鏟煤板間距不少于0.8m。若頂板空頂時，必須及時剎實背嚴頂板;嚴格控制采高，最低采高不得低于2.5m，最大采高不得高于3.6m。回采期間，根據煤層實際賦存條件及時調整采高。

3.3 防止大傾角破碎頂板極復雜不穩定煤層俯采煤壁片幫

綜采工作面煤墻片幫是造成頂板漏頂事故的主要原因之一。煤壁片幫使煤壁的支撐應力失穩，造成頂板在支架前方失去了重力方向的有效支撐力，導致礦山壓力前移和應力局部集中，加劇了頂板受力不均斷裂，形成頂板漏頂。防止大傾角破碎頂板極復雜不穩定煤層俯采煤壁片幫措施：俯采坡度大于17°時，工作面采高控制在2.8～3.0m，遇構造和頂板破碎時，采高控制在2.4～2.8m;采面頂板破碎地段采用注化學材料加固頂板，提高頂板的整體穩定性，從而使壓力均勻傳遞，減少應力集中;加強采面支架管理，在割煤后及時將液壓支架護幫板打開，緊閉煤壁，提高煤壁在水平方向上的支撐力度，提高支護強度;沿工作面傾向方向打設背幫單體柱;加強支架管理，確保支架不出現“跑、冒、滴、漏”，使液壓支架的初撐力和工作阻力達到要求，防止煤墻片幫;采煤機割煤時，采煤機司機使用遙控器進行遠程操作，采煤機司機距采煤機滾筒大于5m以上的距離，防止因采煤機在割煤時煤壁片幫的煤矸石滾落傷人;在頂板破碎地段，煤壁采用打木穿楔的輔助方法加固煤壁。

3.4 防止大傾角破碎頂板極復雜不穩定煤層俯采時支架出現前傾、后倒和下滑

工作面回采過程中，遇到俯采坡度大于17°、斷層揭露等地質構造時，煤層的賦存不穩定會造成頂板局部地段突然起伏或上抬時。在拉移支架、上抬支架架腳時，底板與支架底座的摩擦力增大，操作支架比較困難，導致作業工序增加，降低了工作面的循環進度，增加了移架時間和頂板的暴露時間，造成采空區的壓力前移至煤壁，導致頂板切頂，煤墻片幫、頂板掉碴，直接威脅作業人員進入煤墻的安全。防止大傾角破碎頂板極復雜不穩定煤層俯采時支架前傾、倒架、下滑的措施：拉移液壓支架時，采用帶壓擦頂移架方式，確保支架前梁與工作面頂板接觸嚴密，嚴禁出現線接觸，提高支架的穩定性;拉移液壓支架時，護板幫板帶壓閉緊煤墻進行移架;拉移液壓支架時，支架的后側護板要提前全部打開，使支架在沿工作面煤壁傾向上有水平應力的作用，確保支架的穩定性;將500mm厚的方木料墊于支架底座下，增大在拉移液壓支架時支架底座與采面地板的走向摩擦力;液壓支架在操作位后及時升起支架，保證液壓支架初撐力和工作阻力達到要求，防止液壓支架出現前傾、后倒、下滑;按措施和操作規程要求嚴格按順序進行移架，堅持從下向上的施工工序;調整液壓支架的站立狀態，支架出現歪斜時，頂梁下補打單體液壓戧柱輔助移架;拉移液壓支架后，為了防止剛移支架處于初撐力支撐階段與頂板的摩擦阻力減小，容易造成支架失穩，導致支架出現前傾、倒架及下滑等，采取間隔“插花”移架的施工方法，增大支架底座在工作面傾斜方向上的阻力。

3.5 防止大傾角工作面刮板輸送機、采煤機下滑

工作面受煤層賦存不穩定因素的影響，造成工作面底板起伏不平，再加上受地球萬有引力及工作面坡度的影響，容易造成運輸機下滑，運輸機下滑使支架的推移千斤頂與運輸機的連接裝置不能在水平方向上垂直連接，導致運輸機徑向力剪切力增大，造成設備損壞。同時，隨著徑向力剪切力增大，消減支架推移千斤頂的軸向力推力，使運輸機推不到位置。防止工采面可彎曲刮板輸送機、采煤機下滑措施：防止可彎曲刮板輸送機向采面機頭沿傾向滑動造成煤壁進刀寬度不足，再每次推移輸送機后間隔3～5架把支架推移千斤頂打至推移位置;工作面俯采坡度大于17°時，采用分段集中移架移運輸機，增強運輸機的下滑摩擦阻力;做好采煤機檢修工作，使用好采煤機的液壓自動抱閘裝置;采煤機在上行割煤運行過程中，及時推移輸送機，增加采煤機在傾向方向上的摩擦阻力;采煤機在運行至局部坡度較大地段時，要嚴格控制其速度。

4 大傾角破碎頂板極其復雜不穩定煤層綜采工作面俯采回采質量要求

工作面回采期間，嚴格按照作業規程、操作規程及質量標準化要求進行作業，工作面管理要達到“三平一直，兩暢通”;采面移支架、推移運輸機必須堅持從下至上的施工工序;工作面過斷層、裂隙、等地質構造帶時，要加強頂板的現場管理、工程質量管理;工作面嚴禁超高回采，最大采高不得超過液壓支架的有效支撐高度;采煤機司機割煤時，要經常觀察頂板、煤壁情況，避免護幫板千斤頂自卸，造成片幫煤或頂板掉矸傷人。同時，要注意移架距離，移架距離采煤機超過規定時，應停止割煤，待移架趕上后，再割煤;在工作面周期來壓期間，采面煤壁應采取打貼幫柱、背大板等防片幫措施;頂板破碎時，實行帶壓擦頂移架。移架時，盡可能停止其他用液，保證拉架力和拉架速度。

5 結語

大傾角破碎頂板極其復雜不穩定煤層綜采工作面俯采開采技術方案的實施，提高了綜采工作面原煤產量，平均月單產突破10萬t;通過各項措施的實施，有效控制了工作面頂板漏頂、煤壁片幫、運輸機下滑及液壓支架下滑和前傾等問題，克服了影響生產的各種因素和生產環節，實現了工作面的正規循環作業;提高了工作面的噸煤生產工效，保證了安全生產，實現了高效發展，同時為開采同類復雜煤層提供了技術借鑒和施工經驗。

參考文獻：

[1]徐永圻.采礦學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2003.