大采高一次采全高工作面技術問題分析及優化

徐 良

（山西晉神沙坪煤業有限公司，山西 河曲 036500）

我國許多大型煤田厚煤層普遍發育［1］，針對厚煤層的開采方法主要包括綜采放頂煤、分層開采和一次采全高采煤法。其中分層開采效率較低，生產成本較高；綜采放頂煤設備復雜，更適合于5～15 m的厚煤層開采； 大采高一次采全高采煤法對4～7 m的厚煤層開采獨具優勢［2-3］。但是大采高工作面由于煤墻出露面積較大，也存在煤墻、頂板管理困難以及周期來壓破壞力強、液壓支架控制困難等問題［4-7］。本文以山西晉神沙坪煤礦18204 工作面為例，對大采高工作面存在的問題進行分析，并提出優化方案。

1 工作面概況

沙坪煤礦18204 工作面主采8#煤層，該煤層整體呈單斜構造，傾向北西，該工作面位于一水平北部，系走向長壁回采工作面，走向長1 583 m，傾向長195 m。工作面煤層厚度4.5～5.3 m，平均5.0 m，煤層傾角超過40°，煤層結構簡單，偶見一層夾矸，夾矸厚度平均0.25 m。煤層偽頂不發育，直接頂為泥巖- 砂質泥巖，厚度2.5 m，基本頂為中砂巖，厚度7.2 m，煤層直接底為砂質泥巖，厚度2.1 m，基本底為細砂巖，厚度3.3 m。采用綜合機械化一次采全高回采工藝，全部垮落法管理頂板，采高5 m。

2 問題分析

18204 工作面煤層賦存穩定，生產條件較好，日循環最高回采8 刀，平均日回采4.5 m，日產量平均為6 581 t，最高產量紀錄為8 235 t，月平均采出量183 610 t，采出率93%。但是由于其采高較大，且煤層節理裂隙發育，回采期間出現了很多問題，對工作面安全產生造成不利影響。

1）煤墻片幫、漏頂。18204 工作面采掘揭露斷層7 條，煤層節理、裂隙較發育，尤其構造影響區域更為明顯，由于采高較大，在回采期間工作面煤墻產生較為嚴重的片幫冒頂現象。在回采前期，片幫漏頂長度近40 架，片幫最嚴重的區域空頂深度大于3 m，空頂面積最大約15 m2。

工作面回采期間，溜子經常出現被壓死的現象，最嚴重時導致6 天無法按計劃正常回采。煤墻片幫情況見圖1。

圖1 煤墻片幫情況

2）支架不穩。18204 工作面大面積的片幫漏頂，使液壓支架接頂不牢、初撐力不足，導致支架發生失穩、下滑等情況，降低了支架穩定性。若不及時采取措施，容易出現工作面大面積倒架、咬架事故，影響工作面正常回采。

3）切眼滾矸現象較多。工作面在回采期間，經常出現大塊矸石滾落，嚴重影響工作面回采安全。

綜上所述，在工作面回采期間存在的主要問題是片幫冒頂、支架不穩和滾矸，應針對這些問題采取相應的安全措施。

3 18204 工作面回采優化方案

3.1 優化三機配套

對大采高工作面圍巖和液壓支架的穩定性進行分析，結合工作面實際生產地質條件，采用ZY8000/24/50D型支撐掩護式支架、MG500/1200-3.3D雙滾筒采煤機和SGZ1000/1400 型刮板輸送機進行配套。采用液壓支架優化軟件優化18204 大采高液壓支架的結構參數，一是使液壓支架的立柱均支撐于頂梁上，且垂直于頂板，提升其支撐強度，使支撐力向頂梁后側合理轉移，增加切頂性能；二是優化液壓支架的掩護梁，改為斷面可變的整體箱結構，并加強前后連接桿和頂梁結構，在主肋處焊接4 塊加強板，提高承載性能；三是18204 工作面所采煤層比較松軟，為增加底座的受力面積，將其設計為整體形式，同時將支架底部改為弧形結構，減少支架的移架阻力，防止鉆底；四是增設立柱，提高工作阻力，更好的抵御頂板來壓期間的頂板下沉，有效防范工作面煤墻片幫，提高液壓支架穩定性。

3.2 優化回采工藝

根據18204 工作面生產技術條件和裝備條件，結合工作面地質條件，優化18204 工作面的回采工藝。

（1）18204 工作面為大采高一次采全高工作面，對上端頭留設三角煤，斜切進刀，上行挑頂清煤，下行割煤，從下往上鄰架操控移動支架，全部垮落法管理頂板，控制控頂距在4.711～5.511 m之間。

（2）充分利用推溜桿側千斤頂，調整為向上傾斜，防止刮板輸送機下滑；利用千斤頂調整工作面的偽仰斜角度，控制在4°范圍內，使運輸巷超前回風巷最大距離小于8 m，這樣更有利于控制煤墻片幫情況。工作面偽仰斜情況見圖2。

圖2 工作面偽仰斜情況

（3）單體柱配合鉸接梁加強支護，單體柱均采用防倒措施，利用直徑8 mm鋼絞線纏繞單體柱一圈，采用保險扣與鉸接梁相連，相鄰柱體捆綁防倒繩，防止出現倒柱。

3.3 弱化堅硬頂板

為了降低液壓支架荷載，減少動載系數，需要對頂板垮落步距進行控制，減小頂板冒落面積，緩解周期來壓對工作面產生的沖擊［6］。本次采用切眼老頂深孔預裂、采空區老頂深孔探測和上下巷頂板深孔切頂綜合技術方案。在上、下巷采用雙側布孔方式，每組布設鉆孔3 個，分別為輔助老頂孔、老頂切斷孔以及端頭切斷孔。

在上、下巷超前切眼100 m處，各布置一組切斷孔，布設間距為100 m。為了對采空區上方老頂切斷情況進行檢測，在下巷煤墻20 m頂板處，向采空區側布置1 個查驗鉆孔，對老頂破壞情況進行檢測。堅硬頂板弱化方案見圖3。

圖3 堅硬頂板弱化方案

3.4 煤墻安全控制

18204 工作面煤墻產生大面積片幫的原因主要包括：煤體力學性質和礦山壓力等［7］，通過現場實際勘查，提出如下控制措施。

（1）煤層注水。煤層注水可以提高煤體的塑性，提高煤墻成型條件，減少片幫現象的發生。本次煤層注水在工作面煤墻側開展，共設計兩排，排間距2 m，單排注水孔距5 m，上排孔距頂1.5 m，下排孔距底1.5 m，上下兩排交錯施工。注水孔孔徑42 mm，孔深10 m，注水壓力控制在2 MPa以上，孔口采用1.2 m的橡膠膨脹膠囊自動封孔器進行封孔，連接直徑為10 mm的高壓注水膠管進行注水。工作面每回采5 m注水一次，注水時間不得低于30 min，一般為注水鉆孔四周影響范圍內煤墻出汗為止。

（2）采用波雷因材料對煤墻進行加固，充分利用上、下端頭的鉆孔和瓦斯抽放鉆孔進行超前注漿加固。加固后不影響工作面正常回采，同時能夠對工作面內地質構造破碎帶進行改造，提高煤層的承載性能，減少片幫發生。

（3）采用礦壓監測設備，對工作面礦壓開展動態檢測，分析頂板周期來壓時間，提前進行預測工作，采取有針對性的防范措施。

4 結語

1）工作面通過三機配套、優化回采工藝、弱化堅硬頂板、煤層注水、注漿加固綜合措施后，18204大采高工作面在回采期間，工作面回采率提高至95%，有效減少煤墻片幫、漏頂現象，工作面液壓支架未出現倒架、咬架情況，改善了工作面的生產環境，提高了生產效率。

2）隨著煤礦設備的發展，重型裝備的應用，厚煤層大采高一次采全高工藝將越來越多的應用于生產中，但是隨著工作面采深的增加，開采難度會逐漸增大，因此需要對實際生產條件進行分析，采取針對性的控制措施，確保工作面安全高效回采。