低采高孤島綜采工作面回采技術研究

劉照輝

（平煤二礦，河南 平頂山 467000）

隨著采礦技術的不斷發展，礦井大型設備設施及新技術、新工藝不斷被應用，二礦己組煤層的回采由普炮采逐漸發展到綜合機械化回采，由不規則小儲量采面逐漸發展到長走向、大儲量工作面回采。受不規則工作面采空區的影響，工作面回采期間的難度增加。經過相關工作人員不斷的探索和實踐，成功解決了低采高孤島綜采工作面回采期間遇到的技術難題。

1 概況

己17-22082綜采工作面回采屬二疊系下石盒子組己17煤層，走向長1450m，采長180m；煤層厚度為1.4～1.9m，平均采高為1.7m，局部受斷層影響出現薄煤帶。煤層直接頂為灰黑色砂質泥巖（厚1.0～2.1m）、煤線（厚0.1m）和粉砂巖（厚1.5m）互層，總厚度為2.5～3.6m；底板為2.5m灰色砂質泥巖。煤層自然發火期為3～6個月。

工作面采用ZY4000-12/25型液壓支架支護頂板，MG250/600-AWD型采煤機落煤，SGZ-764/500型運輸機、40t改造型轉載機配合SD-800型膠帶輸送機運輸煤炭。

2 需要解決的問題

（1）該工作面上部和下部均為采空區，屬典型的回采下分層孤島工作面，且煤層底板松軟、遇水膨脹，需要研究巷道變形機理、解決支護問題。

（2）工作面巷道變形嚴重，若移動變電站及設備列車布置距工作面較遠，工作面設備和液壓動力供應受液壓降和電壓降影響，難以保證工作面額定的壓力和電力供應，因此需要解決液壓系統和供電系統布置問題。

（3）出于節支降耗、提高材料復用率的需要，需研究解決巷道內拱形鋼梁棚維修及回收復用問題。

（4）革新回采工藝，研究解決低采高三軟煤層有效控制端頭、巷道超前及工作面頂板支護問題。

（5）解決工作面推進期間管纜長距離吊掛拉移困難、容易損壞的問題。

3 解決辦法

3.1 礦壓觀測

設置固定專職監測工，記錄工作面支柱載荷觀測、巷道圍巖變形觀測、液壓支架活柱下縮量觀測及頂板離層在線觀測結果。技術人員及時分析數據，總結礦壓規律，掌握采面推進情況，適時預報巷壓及頂板支護效果，并及時采取加強支護措施，從而達到對頂板進行有效監測監控的目的。

3.2 頂板管理

（1）巷道頂板支護及后期維護。分析孤島工作面巷道頂壓和側壓都較大的原因，采取以下措施：①工作面頂板為復合頂，局部為己16煤層回采后形成的銹接頂板，不適合采用錨網（錨索）支護；比較剛性梯形金屬支架支護與柔性拱形鋼支架支護的優缺點，優選拱形可縮性支架支護。②支架間距縮小為0.5m，增加支護密度。③煤壁泄壓。對于局部側壓較大的地段采取松幫卸壓，同時加強支護。在原支護棚基礎上采取每隔8～10m在兩幫變形的棚腿處松幫，超過變形的棚腿范圍，然后在棚腿里側架設三角木垛，頂底結實，增加支護強度。④超前工作面50m拱形支架打中柱加強支護。

（2）工作面端頭頂板支護。工作面端頭既是壓力集中三角區，又是頂板支護的軟弱區，設備多、控頂面積大，容易出現反復松動的情況。對此，采取“兩對四根”花邊工字鋼梁，邁步使用，以加強端頭頂板支護。

（3）工作面頂板支護。工作面回采期間，工作面支護采用及時帶壓擦頂拉移支架，確保支架初撐力；杜絕空頂及端面距超過200mm的現象發生，及時利用竹笆、木料或鋼網片等閉幫控頂、堵漏。①及時支護。采煤機割煤后不超過4架支架（約6m）的距離內，及時移架，后推移輸送機。移架后及時護幫護頂，防止煤壁片幫或出現空頂。②超前支護。正常移架期間，若出現頂板破碎不能維護或嚴重煤壁片幫問題，采煤機割煤前移架，減小梁端距或使支架頂梁前端緊貼煤壁，減小頂板裸露面積。③帶壓擦頂移架。移架時，單體液壓支柱配合拉架，即支架仍保持一定的工作阻力，頂梁緊貼頂板帶壓擦頂前移，并堅持“少降快拉、及時升牢”，以減輕移架時頂板巖層的活動，降低因移架而造成的頂板破壞程度。④鋪網護頂。在支架頂梁上鋪金屬網片，防止破碎頂板漏矸傷人。⑤支架前梁上方架走向梁支護。在煤壁靠頂板處掘一梁窩，將走向梁的一端架在煤壁上，另一端架在支架的頂梁上。如果煤壁容易片幫，則煤壁上不適宜或不能掘梁窩，可在緊貼煤壁打臨時貼幫柱代替煤壁梁窩支撐走向梁，走向梁上鋪金屬網下，使支架在走向梁及金屬網的掩護下前移。

3.3 回采期間兩巷超前鋼梁棚的回收

超前工作面10～15m替棚，替棚時先臨時支護，再回腿回梁，即利用Ф300mm×3000mm圓木配合單體液壓支柱（一梁三柱）替掉原拱形鋼梁棚。隨著工作面的推進，待木棚進入切頂排，及時回收木梁及棚腿。

3.4 液壓系統設計及設備排放

（1）運輸巷設備設施布置。①控制工作面采煤機、前后部輸送機、轉載機、破碎機的組合開關，工作面通信、控制工作面照明開關等布置在轉載機落地段。將上述設備安裝在轉載機上方固定的蓋板上，強化膠帶輸送機的承載段后，隨轉載機機頭整形框架一同拉移。②管纜吊掛在轉載機上幫特殊加工的管纜吊掛裝置內，與轉載機同步滑移。

（2）回風巷設備設施布置。工作面回風巷掘進期間每隔300m布置一個車場，鋪雙道，隨著工作面的推進，距工作面二次動壓影響范圍外，把設備列車和移動變電站布置在車場內的輔助軌道位置，即在動壓來臨巷道嚴重變形前及時拉移到下一個車場。

3.5 分析解決工作面壓力降

長距離供液需要解決三方面問題：一是管路損失（主要是管壁流動能量的損失）；二是壓力波動引起的管路脈動（壓力不穩造成管路顫動損耗的機械能）造成的液壓能損耗；三是杜絕工作面液壓系統跑、冒和滴漏現象造成的液壓能損耗。

3.6 液壓系統管理

（1）液壓系統布置。①距工作面超前20m范圍內，在泵站側Ф50mm液壓管路和支架的Ф38mm液壓管路相連接處安裝一個NXQ-L40/320-A型液壓蓄能器，減少因管路壓力不穩造成的管路壓力脈動能量損失；②進液、回液液壓膠管采用DN系列液壓膠管，由傳統的Ф25mm和Ф32mm分別變為Ф38mm和Ф50mm，加大管路直徑，減小液壓能的損耗；③液壓泵由WRB-200/31.5型改為大流量液壓泵WRB-315/31.5型，確保工作面壓力供應；④液壓件，液壓膠管的公稱承壓能力在35MPa以上，管接頭處承壓能力不小于35MPa；⑤回風巷長距離液壓管路系統每隔50m設置一處截止閥，控制液壓管路，以便更換膠管或密封件，減少泵液流失；⑥工作面設置兩趟高壓供液管，工作面上半部分支架操作時，下部停止高壓供液，反之，停止上半部分支架供液。

（2）效果檢驗。受供液距離較長影響，無法取得合理的理論計算數據，為此，進行了移架速度的測試，經測試后發現液壓泵站布置在超前100m外，在巷道允許變形范圍內，經改造后的供液系統能夠實現追機分組移架，進而滿足生產需要。

3.7 供電系統

（1）分析工作面負荷分配。通過變電站的容量計算和選擇，饋電開關、磁力啟動器、電氣設備選型及電纜的選擇，分析電壓降，確定額定供電距離。

（2）移動變電站布置在緊隨設備列車外、距工作面的供電距離不超過300m位置，減少了工作面供電距離，確保了工作面的供電電壓。

3.8 解決管纜吊掛拖移問題

針對因超前管纜鋪設布置較長而造成長距離吊掛拉移困難、容易損壞的問題，實行分段解決措施。里段巷道變形相對較嚴重的范圍，在工作面超前50m里段創新設計簡易可滑移管纜吊掛裝置，解決了復雜條件下管纜吊掛拖移問題；50m外布置4輛特殊加工的“花車”組成的電纜列車組，并分成兩組，編號管理，1號組負責裝運里段回移的管纜，2號組負責裝運外段管纜車推進結余的管纜；管纜車外段使用電纜鉤按規定吊掛，以備下次移動設備列車和移動變電站時重新吊掛使用。

4 結論

通過以上問題的解決，達到了有效管理工作面頂板的目的，實現了安全無事故的管理目標；供液、供電系統安全可靠，沒有因供液壓力不足而影響工作面液壓支架正常工作面，也沒有發生供電施工而影響生產；優化工作面回采工藝，提高了工作面推進速度和回采效率，該工作面平均月單產達到8.2萬t，創已組綜采工作面最好月產記錄。