綜采工作面大角度仰采關鍵技術研究與實踐

羅煥巖　鞏紅林　張強

摘 ?要：大興煤礦S2905厚煤層工作面受地質條件影響，始終處于仰采回采。厚煤層大角度仰角開采工藝復雜，安全管理難度大。工作面開采前對影響回采的各類問題進行探索研究（綜機設備改造、優化回采工藝、煤層層位管控、強化幫頂支護、規范操作流程、完善安全技術措施），并制定了針對性解決方案，克服了大角度仰采一系列難題，實現了工作面安全回采。厚煤層工作面大角度仰采技術的成功應用，為今后開采類似工作面積累了經驗并提供了技術保障。

關鍵詞：厚煤層;仰采;安全回采

中圖分類號：TD823 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）31-0144-02

Abstract： The working face of S2905 thick coal seam in Daxing Coal Mine is always in upside mining and back mining due to the influence of geological conditions. The mining technology of large angle elevation in thick coal seam is complex， and the safety management is difficult. Before mining， all kinds of problems affecting mining are explored and studied （transformation of fully mechanized equipment， optimization of mining technology， management and control of coal seam， strengthening roof support， standardizing operation flow， perfecting safety technical measures）， and targeted solutions are worked out. A series of difficult problems with large angle upside mining are overcome and the safe back-mining of the working face is realized. The successful application of large angle upside mining technology in thick coal seam has accumulated experience and provided technical guarantee for mining similar working faces in the future.

Keywords： thick coal seam; upside mining; safe back-mining

1 概況

大興煤礦S2905工作面位于南二采區-600m水平，工作面四周均為未采動區，走向468/656m，傾斜152/190m，煤層厚度4.50～6.80m之間，切眼推進468m范圍，平均煤厚6.40m，468m至采止線，平均煤厚4.80m，總儲量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°，仰采角度8～14°;工作面煤層結構復雜，夾石0～6層，以粉砂巖和細砂巖為主，硬度小，頂底板巖石情況見表1。

本區域斷層構造發育，工作面及兩順掘進時實見5條斷層，落差在1.1～5.3m，斷層控制可靠，但對回采有較大影響。工作面“陷落柱”構造較發育，主要由沉積角礫巖塊、煤塊、火成巖塊組成，規模為3～20m不規則的圓形，對回采有一定影響。

2 設備選型

工作面設備選型：MG650/1640/3.3型采煤機，裝機總功率1640kV，切割電機功率650kV，滾筒直徑2.7m，采高3.2～5.13m;SGZ1000/2×855/3.3型刮板輸送機，裝機功率2*855kW（雙速）;ZY10000/27/56型支撐掩護式液壓支架，初撐力7726～8041kW，支撐高度2.7/5.6m。

運輸順槽設備選型：ZZD25000-25/50型端頭液壓支架，支撐高度2.5/5m;ZT-9200/27/47型替棚支架，支撐高度2.7/4.7m;PCM250型破碎機，功率250kW; SZZ1000/525型轉載機，功率525kW。

3 影響安全回采因素

S2905工作面煤層厚度4.50～6.80m之間，平均煤厚4.80m，煤層傾角12～20°，仰采角度8～14°。大采高工作面按此仰采角度回采，對安全回采和綜機設備造成極大威脅，主要體現在以下幾方面：（1）工作面大仰角回采，存在大面積片幫和采煤機甩塊危及下幫作業人員安全的隱患。（2）大面積片幫造成長時間空頂，極易引發掉頂、冒頂事故，從而影響工作面安全回采。（3）大角度仰采對綜機設備磨損十分嚴重，設備檢修工作量大，且作業難度大。（4）8～14°仰采和12～20°煤層傾角，雙向傾斜增加了機道作業及護幫護頂作業的施工難度，也對工作面設備檢修、生產作業、人員行走和運料等安全工作造成極大威脅，容易導致人身傷害事故。

4 回采方案設計

工作面在安裝前，通過綜合評估礦井隱患治理能力和采煤技術水平，從經濟效益和安全回采兩方面綜合考慮，最終選用ZY10000/27/56型支撐掩護式液壓支架及配套綜機設備進行回采的精采細收方案。

4.1 方案優、缺點

工作面選用ZY10000/27/56型支撐掩護式液壓支架及配套的綜機設備回采。優點是該架型最大支撐高度5.6m，采高大，回采率高，經濟效益好，延長了工作面回采時間，提高了采區服務年限，緩解了采掘接續緊張的問題。缺點是片幫、采煤機甩塊等安全隱患多，綜機設備磨損嚴重，檢修工作量大且檢修作業難度大，不利于安全回采。

4.2 方案預期效果

S2905工作面選用與煤層厚度相匹配的綜機設備回采，雖增加了開采難度，但可提高煤炭回收率，降低噸煤成本，預計增收煤炭8～10萬噸。

5 技術特征

S2905工作面8～14°大角度仰采，生產過程中隨時存在片幫和采煤機甩塊危及下幫作業人員安全，大面積片幫發生頂板事故，機道作業及護幫護頂作業安全隱患多，工作面作業人員易滑易摔等隱患，嚴重影響安全回采及人身安全。工作面在安裝前通過對綜機設備改造，優化回采工藝、完善安全措施、規范操作流程等一系列舉措，確保實現工作面安全回采。

5.1 綜機設備改造

工作面始終處于仰采狀態，針對綜機設備傾斜受力不均導致設備磨損嚴重，使用周期縮短;煤壁片幫影響下幫作業人員安全;落煤時大塊的煤巖容易砸壞綜機設備;移動設備無法按照正常軌跡運行等方面問題。采取了改造及加固綜機設備措施，確保適應工作面開采要求。

（1）采煤機機身浮貨防墜裝置。生產過程中片幫及機身超前移架作業掉落的煤巖堆積在采煤機機身形成堆貨，由于采煤機機身向下幫傾斜，在運行過程中機身的浮貨、浮塊掉落在架前，容易砸傷采煤機附近作業人員，掉落到電纜槽的煤巖塊也會增加電纜夾運行阻力，發生刮卡造成電纜損壞，影響開機率。針對此問題采取在采煤機機身下幫側上沿加設防墜擋矸裝置（高度在400mm），減少掉貨量，保證了人員安全和生產順暢。（2）采煤機導向滑靴耐磨加固。采煤機裝機重量達85T，機身傾斜角度與仰采角度相同，兩個導向滑靴承重增加磨損加快，縮短了導向滑靴使用周期增加了檢修工作量。根據導向滑靴既要保證耐磨強度，又要保證韌性要求，通過對原有導向滑靴磨損面補焊高強度鋼板，增加耐磨使用周期，減少導向滑靴更換頻次。（3）采煤機電纜夾防出槽裝置。電纜夾在運行過程中，機頭機尾和中間折返位置受重心影響容易掉落到下幫，發現不及時即可能造成電纜損壞影響生產。通過對電纜夾折返位置安設防出槽加高板，并在加高板板面固定防滑膠墊，可防止電纜夾掉落和竄動。（4）片幫擋貨裝置。工作面煤幫形成傘檐，受重心和煤層裂隙影響煤幫極易片幫，片幫的煤巖塊容易落到架內或落到架前經彈射二次落入架內，這一隱患嚴重威脅架內作業人員人身安全。采取安設片幫擋貨裝置，保證了架內作業人員安全。此裝置是將膠帶通過固定架安裝在液壓支架2個大柱之間（高度1.2m），每3架一組，每組之間留有1架不安設，便于人員通行。（5）人員防滑、防倒裝置。受8～14°仰采和12～20°煤層傾角雙向傾斜角度影響，工作面人員作業及行走非常困難，滑倒摔倒概率極高。通過在架內腳踏板下四角安設可調高度的螺栓，用調高螺栓調整腳踏板成水平面，使液壓支架腳踏板成樓梯臺階狀，便于人員作業和行走。

5.2 生產工藝

厚煤層大角度仰采工作面與普通采煤工作面相比，隱患多，安全管理難度大。針對制約安全生產的各類隱患，通過完善生產工藝、加強層位管控，采取針對性安全管理措施，保證安全回采。

（1）單向割煤。生產過程中由于采高較大且仰采原因，工作面出現大面積片幫和采煤機甩塊，對機身附近的作業人員人身安全構成威脅。采用單向割煤生產工藝，采煤機從機尾向機頭割煤，只割頂刀，不收底刀，頂刀過后及時移架支護，減少煤壁上半部片幫量，采煤機收底刀時支架一級護幫板不收回。即使發生片幫，煤巖塊也掉不到下幫，起到保護設備和人員安全的作用。（2）層位管控。工作面層位按煤層頂板回采，回采過程中通過分析研究S2905地質資料并結合兩順巷道坡度，分區段制定仰采抬底角度，將仰采角度控制在10～12°合理范圍。（3）地質構造區域層位控制。工作面斷層非常發育，斷層區域層位按下盤頂板回采，破上盤頂板巖石過渡，禁止頂板留煤，防止發生內因火災。（4）頂板管理。頂板管理是安全回采的關鍵，也是影響回采率高低的決定因素。通過控制采高，掌握周期壓規律，保證液壓支架支護狀態和初撐力，正確使用液壓支架護幫板和伸縮梁，片幫區域及時超前移架等，保證了頂板穩固。（5）綜機設備維護使用。設備檢修側重于大角度仰采對設備磨損嚴重的部位，設備處于傾斜狀態部件連接銷軸和螺栓容易出現斷裂竄出等關鍵部件。另外，強化生產過程中的設備使用管理，嚴格按照設備使用流程操作，杜絕綜機設備帶病運轉。

5.3 安全管理措施

厚煤層大角度仰采工作面與普通采煤工作面相比，制約安全回采的因素增多，常規采煤作業規程和安全技術措施無法指導安全回采。針對厚煤層大角度仰采帶來的各類安全隱患，通過完善作業規程和安全技術措施，制定采煤工作面作業人員安全站位管理辦法，實現工作面的安全回采。

6 取得成果

（1）S2905厚煤層工作面大角度仰采技術的成功實施，增收煤炭8.1萬噸，增加經濟效益530萬元。（2）厚煤層大角度仰采技術的成功應用，不僅實現了精采細收，增加了經濟效益。同時，緩解采掘接續緊張的局面，延長了礦井服務年限。（3）通過對現有綜機設備改造，提高了綜機設備適應采場條件的能力，實現了綜機設備逐漸向本質安全型的轉變。（4）圍繞厚煤層大角度仰采帶來的各種弊端采取針對性措施，取得了較好的效果，為今后開采類似工作面積累了經驗并提供了技術保障。

參考文獻：

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