基本頂直覆之下合理采煤工藝實踐研究

程晉孝

(淮南礦業集團潘集第一煤礦，安徽 淮南 232082)

潘一礦經過多年的開采，采場能力不足，西翼采區不得不提高回采上限開采。1602(3)上提工作面是礦井當年的重點接替工作面，因此，該面安全開采的可行性、技術路線的成功與否是亟待研究解決的課題。

1 工作面概況

1602(3)工作面設計(見圖1)位于潘一礦西三上山采區F8正斷層～F5逆斷層之間，為13-1煤實體塊段。工作面走向長750 m，面長147.6 m。正常段13-1煤厚1.9～4.9 m，平均厚約3.4 m，煤層平均傾角6°。煤層頂板為基本頂直覆，基本頂砂巖累計均厚13 m、最大厚度27 m。

2 初期綜采遇到的難題

2.1 回采裝備

工作面可采走向長695 m，傾斜長147.6 m，切眼中下部揭露H=0.9 m及H=2.5 m兩個正斷層組成的煤層變薄帶，傾向影響70 m。工作面安裝ZZ6400/18/38型液壓支架(實際工作阻力7200 kN)100架，MG650/1620型 采 煤 機 一 臺，SGZ-1000/2×700型刮板輸送機一臺。

圖1 1602(3)工作面巷道布置圖

2.2 工作面初次來壓情況

該面于當年8月29日由綜采二隊進行試生產，9月4日16:00工作面初次來壓開始顯現，9月6日中班回采1峒煤后，工作面來壓顯現明顯(此時，平均推進36.7 m，不含切眼7.6 m)，來壓集中在構造帶附近。工作面中部液壓支架安全閥大面積卸液，支架活柱伸出量迅速減少，38～65架煤機無法通過。來壓時支架頂梁上方及老塘頂板突然下沉壓在支架上，頂板沒有明顯斷裂和臺階下沉現象。

2.3 工作面礦壓觀測情況

工作面總共設置10組觀測點，每10架一組，每組兩個壓力表。通過統計分析：初采時，支架前、后立柱壓力均在11.8～16 MPa，壓力較小；9月7日左右壓力達到峰值，支架前、后立柱均在35 MPa以上，之后大致維持在30 MPa左右。

礦壓變化情況見圖2。

圖2 工作面礦壓觀測曲線圖

2.4 工作面搶險

9月6日成立了搶險領導小組，抽調大量人員協助綜采二隊人工臥底，強行推進。但進度異常慢，9月6日至～9月26日，工作面僅推進9.1m(上6.2m、下12m)。

因工作面中部發育煤層變薄帶，人工打眼放炮臥底，工作量大；同時，礦壓顯現劇烈，每次臥好鏈板機及架腳后待拉架時，支架立柱又被壓死，導致工作面重復臥底、拉架、壓架，進度緩慢且支架損毀嚴重。9月29日停止搶險，決定拆除部分設備，改造工作面。

3 后期普采工作面

3.1 工作面新切眼設計、安裝

工作面新切眼撇開構造，設計位于1號異常區以外，切眼中距老工作面煤壁128m，斜長148m，設計凈斷面3.0×2.7m。

工作面改造后采用高檔普采，設備使用MG2-150/375型采煤機，SGZ630/264型運輸機和SGZ150型轉載機。在新切眼工字鋼棚內套DZ-28單體，配合HDJA-1000鉸接梁，一梁一柱走向棚。

3.2 新工作面初次放頂

初放期間，工作面采用3～5排管理，10 m一個木垛(中-中)，抗棚、抗柱架設齊全。為防止工作面老塘懸頂不冒落，減輕基本頂來壓對工作面的影響，對老塘側頂板進行松動爆破強制放頂。具體措施：初采3峒(3 m)后，在切頂線處向老塘頂板進行打眼，回柱后裝藥放炮。炮眼采用單排眼直線式布置，炮眼深度2.2 m(可根據現場具體情況適當調整)，眼距沿傾斜方向2.0～3.0 m，仰角60°，每孔內裝藥量2卷，裝2個雷管同時起爆。第一次強制放頂必須使老塘頂板形成一道溝，否則必須補打炮眼。在工作面回采35 m時，老塘頂板可以充分冒落，證明強制放頂措施有效，頂板、煤幫壓力得到了有效釋放。

3.3 為避開大斷層影響，改造工作面順槽

由于下順槽在F8、f9、f10斷層附近，為減輕大斷層對回采的影響，在距切眼465 m位置重新改造順槽，面長縮短了27 m。提前做好改造順槽后，在供電、出煤系統切換時，工作面僅停采一天就恢復了正常生產。

3.4 礦壓觀測

與安徽理工大合作，在工作面及上、下風巷布點觀測。布點觀測一個月期間，觀測到三次周期來壓，來壓步距依次分別為8.5m、5.5m、9m。周期來壓步距范圍為5.5～9m，平均來壓步距為7.8m。周期來壓較頻繁，來壓持續時間大約為三個小班。周期來壓期間工作面最大工作阻力平均在17～23MPa，非周期來壓期間的工作阻力平均在6～9MPa。

根據觀測，工作面前方16m范圍內為采動影響劇烈區，巷道頂底和兩幫移近速度較快，最大移近速度為85mm/d。

3.5 工作面收作

合理確定收作位置并編制針對性收作措施。工作面采取套棚收作，每棚一梁三柱，中柱用單體。收作期間采高保持1.8m以上高度，收作結束時老塘木棚腿鉆底量在0.4～0.8 m之間，壓力不明顯，煤幫穩定，說明收作位置選擇恰當，避開了周期來壓影響，僅用時3 d，工作面安全收作。該面共累計出煤39.6萬t，月產最高達到6.4萬t，平均推進度3.5峒/天，安全無事故。

4 開采成敗原因分析

4.1 綜采工作面壓架原因分析

（1）潘一礦之前曾經回采了7個提高上限工作面， 1402(3)工作面為第一個采用綜采工藝的工作面。1402（3）工作面與1602（3）工作面地質條件相似，其工作面開切眼中部標高均為-400 m左右，頂板也為基本頂直覆。1402（3）工作面使用西德生產的ZLEG320型掩護式支架，其工作阻力為3200 kN，后改為蘇南4400/17/35型支架，其工作阻力為4400 kN，初次來壓時均出現壓架現象。

（2）1602（3）工作面也為基本頂直接覆蓋在煤層之上，初采時基本頂難以垮落，老塘得不到有效充填，導致基本頂初次跨落時，切頂線在支架上方，老塘、支架、煤壁構成的力學體系失衡。工作面壓力顯現劇烈，壓力直接作用在支架頂梁上，頂板壓力超過支架的工作阻力，導致安全閥自動卸液，支架立柱長時間過負荷承載頂板壓力，未能起到有效的支撐作用，最終導致壓架。

（3）相關的研究單位對上述情況論證后，給出了綜采工作面必須采用高工作阻力支架(至少要選用9958 kN/架以上)的建議。

（4）1602（3）工作面切眼和巷道設計在構造帶附近，礦山壓力更加突出。

（5）工作面不能保證正規循環，推進速度較慢，增加了支架負擔，一旦壓架，搶險工作將十分困難。

4.2 高檔普采工藝的經驗

（1）開切眼避開構造及應力集中區，運輸巷避開大斷層重新改造，降低應力集中。

（2）加強礦壓觀測，摸清來壓規律，加強工作面強制放頂，減輕老頂來壓時對工作面的影響。制定了工作面初放期間強制放頂方案，對老塘側頂板進行松動爆破，取得了預期效果。

（3）加強場管理，提高工程質量。工作面正常回采按3～4排管理，每10 m架設一個木垛，并使用好抗棚、抗柱、鐵鞋；周期來壓期間，老塘側加強點柱或增設木垛，單體采取遠距離回柱操作；煤機停放位置盡量放在頂板較好區域并避開構造帶；頂板破碎區域，煤機不得強行硬割，采取機、炮、鎬掘聯采方式平穩通過。

（4）加強機電設備保運轉工作。初采期間在保證檢修質量的同時，縮短檢修時間，確保3峒/天的推進度，不破循環。

5 結語

根據1602（3）提高回采上限工作面屬于基本頂直接覆蓋煤層的特點，在采用綜采工藝效果較差時，有針對性地采用高檔普采，合理布置切眼和巷道，規避應力集中區，強化強制放頂措施，提高正規循環率，實現了工作面的安全回采。