厚煤層綜采工作面收尾技術應用與實踐

劉強 賈龍淼 鞏紅林

摘 要：鐵煤集團大興煤礦開采厚煤層已有10余年時間，累計回采煤炭2000余萬噸。從2008年N2903首個大采高工作面開采至今，經過多年的探索與實踐，克服了厚煤層開采的一系列難題，尤其是對大采高綜采工作面收尾期間的回采工藝、層位管理、幫頂支護、安全措施及設備回撤等方面，積累了豐富的開采經驗。極大縮短了工作面收尾工程時間，滿足了采空區防火要求，實現了工作面安全回撤。

關鍵詞：大采高；鋪網；劈幫；頂板支護；煤層

中圖分類號：TD421 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0157-02

Abstract： Iron Coal Group Daxing Coal Mine has been mining thick coal seam for more than 10 years， with a total recovery of more than 2000 tons of coal. Since N2903's first large mining height working face was mined in 2008， a series of difficult problems in thick coal seam mining have been overcome through years of exploration and practice. Especially for large mining height fully mechanized mining face during the end of the mining process， layer management， roof support， safety measures and equipment withdrawal and other aspects， accumulated rich mining experience. The maximum fully-mechanized coal mine shortens the working face finishing project time， satisfies the goaf fire prevention request， and realizes the safe withdrawal of the working face.

Keywords： large mining height； net laying； split wall； roof support； coal seam

1 概況

S2905工作面煤層厚度在4.50～6.80m之間，平均煤厚4.80m，儲量140.12萬噸。煤層呈黑色，塊狀構造，質較純，以長焰煤為主，煤層傾角12～20°。工作面煤層結構復雜，含夾石0～6層，夾石厚度在0.07～0.77m之間，以粉砂巖和細砂巖為主，硬度小。直接頂為粉砂巖和細砂巖，厚度5.86m，灰色，泥質膠結，硬度為4，局部有火成巖發育。老頂為粗砂巖和中砂巖，厚度11.14m，灰白色，成份以石英為主，砂質膠結，硬度為5。底板以粉砂巖為主，厚度4m，灰色，泥質膠結，硬度為4。工作面“陷落柱”構造較發育，主要為沉積角礫巖塊、煤塊、火成巖塊組成，大小不一，規模為3～20米寬不規則的圓形，形成無煤區，對工作面的回采有一定影響。

2 設備選型

大興煤礦開采厚煤層工作面已有十幾年回采歷史，經過多年的探索實踐，在大采高工作面綜機設備選型及配套方面，積累了豐富的經驗，綜機設備的安全性和穩定性得到了顯著的提升，實現了工作面安全高效回采，以下是S2905大采高工作面的配套的綜機設備：

MG650/1620/3.3型采煤機，裝機總功率1620kV，切割電機功率650kV，滾筒直徑2.7m，采高范圍3.2～5.13m；SGZ1000/2×855/3.3型刮板輸送機， 裝機功率2*855kW（雙速）；PCM250型破碎機，功率250kW； SZZ1000/525型轉載機，功率525/263kW。電器設備電壓等級均為3300V。ZY10000/27/56 型掩護式液壓支架， 中心距1.75m，初撐力達到7726～8041kN，支撐高度2.7/5.6m（最低/最高）；ZZD25000-25/50型端頭液壓支架，支撐高度2.5/5m（最低/最高）；ZT-9200/23/47型替棚支架，支撐高度2.3/4.7m（最低/最高）。

3 收尾準備工作

3.1 層位管理

（1）大采高工作面正常回采時采高在5.1m，距采止線30m時，調整工作面層位，沿煤層頂板回采，采取抬底留底煤措施，采高降低到3.8m，給引網創造條件。（2）工作面遇有斷層地質構造時，以正斷層為例：斷層上、下盤層位按下盤頂板回采，破上盤頂板巖石過渡，過渡長度根據斷層落差決定，保證相鄰液壓支架頂梁高差不超過2/3。（3）大采高工作面順槽高度受工作面動壓影響，因此要考慮頂底板下沉底鼓量，提前補強拉底，保證工作面前后端頭高度不低于3.5m。

3.2 頂板管理

（1）引網前調整液壓支架狀態，保證支架接頂嚴密并達到初撐力，充分利用液壓支架伸縮梁和護幫板，避免空幫空頂，提前處理液壓支架頂梁背貨隱患，確保引網時頂板完整。（2）兩順動壓影響區域提前采取補強支護，在距采止線20m開始補打Ф28.6×6200mm錨索，間排距視頂板狀況而定。頂板壓力大且破碎時，提前在端頭架停移位置頂板穿插梁棚，間距0.8-1m，鋼梁長不小于4.2m，梁端靠近順槽上幫側，搭在過渡架頂梁上，確保端頭液壓支架回撤頂板安全。

4 鋪網技術管理

4.1 準備工作

（1）工作面回采到預定鋪網位置，液壓支架拉齊成線，如幫頂狀態較好時，不拉超前架。（2）頂板破碎支架前梁無法嚴密接頂時，引網前在支架頂梁前端施工頂錨桿，錨桿規格Φ22×1600mm全螺紋等強錨桿，并上好托盤螺母，每1～2架布置1根。（3）工作面 3.8m采高給引網作業造成一定困難，另外3.8m采高易片幫造成空頂，考慮到這一因素，引網前采煤機在割最后一遍煤幫時，只割頂刀，留底刀，在煤幫留1.2m臺階。

4.2 技術參數

（1）鋪網長度為工作面全長（包括兩順槽寬度），寬度為液壓支架長度和網落采空區矸石壓網的寬度，共計10.4m。（2）鋪網采用柔性菱形金屬網并用鋼絲繩對頂板進行支護。金屬網的規格為10×1.8m，金屬網兩端與兩順槽下幫側幫網連接。鋪網上11道鋼絲繩，液壓支架頂梁6道，尾梁5道，每道間距均為600mm。鋼絲繩規格為φ21.5mm，鋼絲繩兩端與兩順槽下幫側頂端幫錨桿固定。（3）引網為單層金屬網，為確保設備拆除時支護效果，從第二片金屬網中間位置開始之后均為雙層網。金屬網單層網橫向搭接0.2m，雙層網橫向搭接0.9m，單、雙層網縱向搭接均為0.2 m。金屬網扣間距0.2m，鋼絲繩網扣間距0.5m，鏈網均采用12#鐵線。

4.3 引網、鋪網

（1）工作面較長，引網可分組作業。引網采取調整支架平衡缸和收伸縮梁方式，具體步驟：調整支架平衡缸（使支架頂梁前端與頂板形成0.3m縫隙）→收支架伸縮梁→將金屬網拽上支架頂梁→金屬網固定在架前頂板錨桿上（如頂板破碎在距金屬網頭0.3m位置捆綁1排2寸鐵管）→打出支架伸縮梁→調整支架平衡缸并升實支架→同理依次完成引網工作。（2）引網結束，鏈接第二、第三片金屬網。鏈接網寬度要適中，過寬影響割煤移架，過窄影響鏈接下一片金屬網。（3）鏈網結束，打出支架護幫板并收回伸縮梁，將金屬網用鐵線與支架護幫板起吊眼固定，收回支架護幫板，采煤機開始割煤。如煤幫片幫超過0.8m，且長度超過5組支架，必須超前移架。采煤機割煤后，距離后滾筒3組支架剪斷吊網鐵線，正常移架。（4）鋪網過程中，遇頂板破碎支架頂梁背貨多或局部掉頂支架無法充分接頂時，在支架頂梁與金屬網之間鋪4寸鐵管或18kg鐵道，鐵管或鐵道與金屬網用鐵線連接，排數根據頂板狀況而定，排距0.8m。

5 劈幫技術管理和支護設計

5.1 劈幫工藝

（1）金屬網從液壓支架尾梁落下并被采空區冒落矸石壓住網頭，工作面液壓支架拉直成線，前后端頭液壓支架超前0.8m，移架停止開始劈幫。根據液壓支架拆除及運輸要求，工作面劈幫寬度為4m，運輸機機頭、機尾抹角長度為7m，寬度為1.4m。（2）每遍劈幫長度根據工作面頂板巖性、幫板狀況、支護進度以及施工單位支護作業人員而定，如支護作業人員充足且幫頂完好，每遍幫劈幫長度可以是工作面全長。（3）根據液壓支架拆除要求，工作面劈幫高度保證在4m，如工作面頂板壓力大，底鼓量大，適當增大采高。（4）劈幫采高4m，為避免片幫造成空頂，采取單向割煤工藝。劈幫時割每遍幫，只割頂刀，不割底刀，煤幫留1.5m臺階，此舉措也便于安設支護作業平臺，待支護作業結束，再割底刀，進行下一循環劈幫作業。

5.2 劈幫支護設計

（1）工作面劈幫正常支護參數如表1。（2）劈幫特殊支護方式；劈幫作業受頂板巖性、煤柱變小及空頂空幫影響，工作面頂板容易出現局部抽條和掉頂問題。對于掉頂范圍小且高度低于2m，直接采取加密錨索布置的補強支護方式。如掉頂范圍較大，高度超過2m，采取施工懸臂梁的補強支護方式，懸臂梁采用4m工字鋼（在懸臂梁一端0.5米位置制作φ24mm固定錨索孔），懸臂梁一端直接搭在液壓支架頂梁上，另一端與施工45°幫錨索固定，懸臂梁間距為0.8～1m，懸臂梁上使用木拌鋪嚴，防止頂板冒落漏貨。

5.3 抹角支護

（1）抹角支護方式：抹角位置在巷道三角區域，頂板暴露面積大，壓力集中，需采取補強支護。（2）頂板完整，采取加密錨索布置的補強方式，錨索間排距均為1m。如錨索強度不足，則改用φ28.6×8300mm高強度錨索。（3）頂板壓力較大，原有支護無法滿足支護強度時，采取懸臂梁補強支護，梁排距為1m，懸臂梁長4～5.5m（在懸臂梁上均勻制作φ24mm固定錨索孔），梁一端搭在支架頂梁上，另一端通過頂錨索固定在頂板下。

6 取得成果及技術創新措施

6.1 取得成果

（1）通過采取有效的措施，極大綜短了大采高綜采工作面鋪網劈幫收尾工程時間，190m工作面收尾工程僅用10～12個原班完成。（2）大興煤礦煤炭自燃發火期極短，縮短大采高工作面收尾工程時間，不僅給綜機設備安全拆除贏得了時間，也滿足了采空區防火要求。（3）通過多年的探索和實踐，制定并完善了大采高綜采工作面鋪網劈幫安全技術措施。從2008年至今大興煤礦已開采10余個大采高工作面，未發生1起安全事故，實現了大采高綜采工作面安全收尾。

6.2 技術創新

（1）大采高綜采工作面影響收尾工程進度和安全工作的關鍵是工作面幫頂狀態。為有效控制幫頂完整，采取單向割煤工藝，鋪網劈幫時采煤機只割頂刀，不割底刀，煤幫留1m臺階，避免了片幫空頂隱患，也給引網鏈網及支護作業創造了條件。（2）工作面引網作業極易造成頂板抽條及液壓支架不接頂問題，影響引網安全和引網效果。采取在液壓支架頂梁前端施工錨桿的方式，通過主動支護解決了頂板隱患，同時將網頭固定在錨桿上，避免了移架時液壓支架接頂不嚴導致金屬網隨支架前移吃網困難的問題。

參考文獻：

[1]國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程[M].北京：煤礦工業出版社.

[2]趙保平，趙五兵.破碎頂板下大采高綜采快速收尾的技術研究[J].山西煤炭，2014.

[3]宋艷鵬.高強聚酯纖維柔性網在大采高工作面快速收尾中的應用[J].企業技術開發，2014.