重型放頂煤支架在一礦的應用

徐小航

（陽泉集團泰安煤業有限責任公司，山西 陽泉 045000）

重型放頂煤支架作為普通放頂煤支架的改進版，具有穩定性好、工作阻力大、操作方便、安全性能高、較強的適應性等特點。陽泉煤業集團一礦在一次性采全高工藝試驗成功后，又與北京科工集團合作，在一礦S8303工作面進行重型放頂煤支架試驗。

1 工作面概況

1.1 工作面參數

S8303(東部) 工作面可采走向長度962m，傾斜長度215m，平均煤厚5.83m，工業儲量1688146.5t，可采儲量1468687.4t。

1.2 工作面地質條件

本工作面煤層賦存穩定，結構復雜。工作面老頂為灰色石灰巖，厚度11.8m，致密，堅硬，裂隙發育；直接頂為黑色泥巖，厚度1.19m，黑色，致密，性脆；直接底為灰色泥巖，厚度0.33m，水平層理，致密；老底為灰色細砂巖，厚度7.24m，堅硬，水平層理。

1.3 工作面巷道布置

工作面共布置四條巷道：一條進風巷，一條回風巷，一條低位抽采巷和一條走向高抽巷，全風壓通風。見圖1。

圖1 S8303工作面巷道布置及生產系統示意圖

2 工作面設備配備

工作面采用綜合機械化低位放頂煤一次采全高采煤工藝，工作面每割一刀煤放一茬頂煤，實行“一采一放，追機放頂煤”的作業方式。主要生產設備見表1。

表1 主要生產設備

3 頂板來壓適應性分析

3.1 頂板來壓適應性分析

S8303工作面周期來壓步距平均為14.9m，來壓載荷平均為8404.34kN，動載系數平均為2.24，來壓持續長度平均為2.45m，ZFY13000/24/40D支架能夠適應S8303工作面頂板來壓支護需要。

3.2 支架最大工作阻力分布

S8303工作面最大工作阻力為9150.5～14404.3kN，工作面最大工作阻力占支架額定工作阻力13000kN的110.80%，工作面最大工作阻力平均值為13118kN，占支架額定工作阻力13000kN的100.91%，支架工作阻力能夠適應S8303工作面支護需要。

3.3 支架初撐力分析

S8303工作面最小初撐力為98#支架的3026.4kN，最大初撐力為42#支架的4776.2kN，平均初撐力4145.0kN，約為支架設計初撐力10096kN的41.06%，初撐力相對偏低。

4 機尾三角煤區域支架適應性分析及措施

S8303工作面于2018年2月28日開始正常運轉及調試完畢，工作面形成如圖2所示的“類鍋底”狀，機頭過渡范圍約為16架，機尾過渡范圍約為20架。

圖2 S8303綜放工作面傾向剖面示意圖

由于工作面實際采高為3.5～3.7m，平均約為3.6m，頂煤厚度為2.23m，機尾110～120#支架頂煤太薄，不足1.5m，頂煤托不住，造成支架不接頂，頂板管理難度較大。4月初，工作面推進約50m時，機尾遇到一斷層，走向持續長度約15m，為了避免工作面割全巖，機尾開始鉆底，工作面沿底板推進，此時工作面頂煤厚度達到2.33m，頂煤能夠載住不脫落，因此機尾頂板控制效果較好。至2018年6月22日，工作面累計推進約330m，受煤倉滿倉影響，工作面日割煤6刀，單班割煤3刀，若不考慮滿倉影響，工作面單班割煤可達4刀。

機尾沿底板推進優點：（1）多回收底煤。S8303工作面沿著煤層底板走，可以多回收機尾三角區域底煤，煤炭回收率高。（2）頂板易維護。機尾沿頂板推進，頂板容易控制，支架便于維護。

5 過陷落柱時支架適應性分析及措施

工作面于2018年6月22日左右機尾4架遇到走向長度75.8m的陷落柱（如圖3），機尾頂板三角煤載不住，陷落柱邊緣頂煤、頂板控制難度較大，發生過一次頂板塌漏，給現場生產帶來較大安全隱患。為保證工作面快速推進，采取如下措施：（1）為減少過構造割巖石量，機尾工作面支架盡量沿頂板走，且減少機尾構造處采高。（2）陷落柱與煤體交界處、機尾順槽開采幫進行提前注漿加固。（3）保證支架初撐力，減少放煤，快速推進。

圖3 S8303綜放工作面過大陷落柱（2018.6.22）

6 重型綜放與普通綜放對比分析

6.1 采放工藝對比分析

（1）采放比較普通綜放工作面得到優化。就S8303工作面而言，割煤高度2.7m與3.6m時的采放比分別為1:1.15與1:0.61。

（2）重型綜放工作面回收率增加，放煤時間大幅減少。

S8303重型綜放工作面采高達到3.5～3.7m，割煤高度增大約0.9m，較普通綜放工作面割煤高度增幅達到33%，可以大幅降低放煤時間。根據現場跟班工藝觀測，工作面單架放煤時間1.52min/架，普通綜放面放煤時間為3min/架，放煤時間大幅縮短，工作面產能極大釋放，產量增加。

6.2 產量對比分析

（1）普通綜放工作面產量

81302工作面采用綜放開采，采高2.8m，放煤高度4.16m，煤層厚度6.96m，采用MGTY400-930/3.3D采煤機、ZF6200/17/32液壓支架、SGZ-1000/1400設備進行回采。81302普通綜放工作面于2014年10月～2015年11月生產期間，地質條件與S8303工作面相似，最大月產量為245529t，平均月產量為134025t。

圖4 81302工作面產量情況

（2）S8303重型綜放工作面產量

S8303工作面3月、4月、5月、6月產量分別為96863t、143891t、226079t、251852t。其中，3、4月份為初采階段， 5、6月份工作面取得了較好的產量，兩個月連續產量均可達到20萬t以上，說明重型綜放工作面能夠較好發揮工作面生產能力，體現了重型綜放開采的優勢。如圖5所示。

圖5 S8303工作面產量情況

6.3 經濟效益對比分析

重型綜放工作面較普通綜放工作面而言：

（1）頂煤回收率大幅提高。由于重型綜放工作面提高了割煤高度，降低了放煤高度，因而降低了放煤損失，提高了工作面回收率。

（2）重型綜放工作面產量提高明顯。S8303工作面目前生產4個月，其中2個月產量已經接近甚至超過類似更厚煤層普通綜放工作面絕大部分月份產量，預計S8303工作面產能可以得到進一步發揮，取得更高月產。

7 結論

（1）S8303工作面周期來壓步距平均為14.9m，來壓載荷平均為8404.34kN，動載系數平均2.24。支架工作阻力接近或者超過額定工作阻力的比例不超過5%，ZFY13000/24/40D支架對S8303工作面的頂板的條件是適應的，能夠適應S8303工作面頂板來壓支護需要。

（2）設備優點：① 頂板來壓適應性好，控頂護幫能力強。大面積周期來壓期間，仍能取得較好的頂板煤壁控制效果。②工作面月產量高，煤炭回收率高。③工作面采煤工序時間縮短，生產效率調高。