復雜條件下大采高一次采全高綜采工藝的實踐

任鵬軍

（山西潞安集團左權阜生煤業有限公司，山西 晉中 032600）

1 概況

阜生煤業1101 工作面位于井田東部、一采區中部，開采15#煤層，上距K2 灰巖7.90～11.26 m，平均為9.5 m。煤層平均厚度為6.5 m，局部褶皺處煤層厚度變化較大，可采系數100%，煤層結構較簡單，含0～3 層夾矸。煤層平均傾角約8°，工作面煤層最小傾角約4°，最大煤層傾角約18°。采用一次采全高大采高綜采采煤方法，工作面采用端部斜切進刀的進刀方式，選用MG750/1940-WD 型電牽引雙滾筒采煤機，采用雙向割煤模式，單獨一次割煤一刀，循環進度0.865 m。在部分區域煤層傾角大于15°，支護和綜采作業困難，綜采效率低，極易發生大溜下滑、支架歪斜、采煤機行走部齒軌輪損壞等事故，嚴重影響了煤礦井下綜采作業的順利進行。

針對1101 工作面大傾角情況下的回采工藝進行優化分析，總結了一套適應于大傾角工況下的高效回采工藝。由于1101 工作面風運兩順槽坡度在4°～18°，不同傾角下的回采方案存在著較大的差異性，本文對風運兩順槽在不同坡度下的回采方案進行了分析，同時對在大傾角回采作業過程中大溜下滑、支架歪架及采煤機行走部頻繁損壞的控制措施、綜采面防漏冒頂措施等進行了總結，有效提升了在井下復雜地形條件下的回采安全性。實際應用表明，該回采工藝方案能夠將回采效率提升25%，將出現大溜、支架下滑、采煤機行走部齒軌輪損壞等故障率降低了87.5%，顯著提升了井下回采的安全性和經濟性。

2 大采高工作面的推采

2.1 初采

1101 工作面兩順槽沿著煤層頂板布置，巷道高度4.2 m，初采期間要開始增大采高，從機頭、機尾向工作面中部逐步由4.2 m 過渡到6.0 m。在采高過渡過程中，采取在端頭、端尾各10 組支架范圍內將采高緩慢過渡到6.0 m，不能有明顯臺階，保證相鄰兩支架頂梁、底座上下不能有大于200 mm的錯差。

采高過渡完成后，正常回采期間要保證采高達到（6.0±0.1）m，端頭、端尾架采高為（4.2±0.1）m，不得隨意破頂、破底，嚴禁超高。當采高達到規定值時，會形成機頭、機尾高，中間低的情況，此時必須在工作面中間低洼處準備足夠功率的水泵，確保初采期間能正常排水。

2.2 風運兩順槽坡度大于15°區段的推采

（1）當風運兩順槽坡度大于15°時，回采過程中，工作面以采煤機最適俯采角度15°向前推進，回采過程中可能會出現留底煤、破頂現象，為避免這種現象，可以適當降低采高[1-2]（不小于4.2 m）。

（2）在風運兩順槽坡度變化大的地質條件下，除了在大坡度（＞15°）段控制好工作面俯采角度，還要保證設備在變坡點的順利通過。

（3）當變坡點坡度由小變大（α ＜15°＜β）時，首先保證工作面以α 向前推進，工作面推進至變坡點之前，提前增大俯采角度達到或接近15°（采煤機最適俯仰角度），然后再以15°俯采角度通過變坡點，在通過變坡點期間，可能會出現破底現象。

（4）當變坡點坡度由大變小（α ＞15°＞β），首先保證以15°向前推進（其間可能會出現留底煤、破頂，可適當降低采高），工作面推進至變坡點之前，提前減小俯采角度達到或接近β，然后再以β 俯采角度通過變坡點（在通過變坡點期間，可能會出現留底煤、破頂，可適當降低采高[3]）。此工況下的回采工藝流程如圖1，圖中16 表示傾斜段的長度為16 m。

圖1 風運兩巷坡度大于15°區段回采方案（m）

（5）在上述過程中，如果在不損壞設備的前提下，以最適俯采角度15°向前推進時，可能會出現破頂、底板或降低采高的情況。為了避免此類情況發生，其一，可以采取機頭、機尾實施爆破松動巖體，采煤機裝矸，炮眼布置、裝藥量等參數根據現場實際確定。通過快速調整機頭、尾的坡度來控制整個工作面的坡度。其二，在工程量允許以及不影響超前支護打設的前提下，可以對兩順槽坡度較大區段進行拉底，緩解巷道坡度，但要求拉底后巷道高度不能超過5 m，防止出現超前支護段打設困難或支護初撐力不達要求的現象。

2.3 風運兩順槽坡度小于15°區段的推采

當風運兩順槽坡度α 均不大于15°，工作面可以沿著α 俯采角度向前推進，但在回采過程要注意以下幾點：

（1）在風運兩順槽坡度變化大的地質條件下，除了在大坡度（＜15°）段控制好工作面俯采角度，還要保證變坡點的順利通過。

（2）當變坡點坡度由小變大（α ＜β ≦15°）或由大變小（β ＜α ≦15°）時，首先保證工作面以α 向前推進，工作面推進至變坡點之前，提前增大或減小俯采角度達到或接近β，然后再以β 俯采角度通過變坡點，其回采工藝流程如圖2。

圖2 不同傾角下的回采工藝流程（m）

3 防大溜、支架下滑及降低設備頻繁損壞方案

大傾角工作面回采普遍存在大溜下滑、支架歪架及采煤機行走部頻繁損壞等問題，嚴重制約工作面的安全回采，因此提出了一套新的防止設備下滑及設備頻繁損壞的回采方案，其核心控制點如下：

（1）防止大溜下滑。工作面回采過程中，首先將工作面調成偽傾斜，即下端頭推進速度超前上端頭，超前的具體長度根據現場工作面煤層傾角來定，并根據傾角變化隨時調整超前量。其次采煤機要嚴格執行由上而下單向割煤方式，變雙向割煤為單向割煤[4]。機組沿著工作面下坡行走時割煤、移架，但不推溜；機組沿著工作面上坡行走時機組跑空刀、推溜，使大溜每個循環都自下端頭逐架向上端頭推移。

（2）防止支架下滑。嚴格控制（6.0±0.1） m采高，保證頂底板平整，使支架與頂底板接觸嚴密，保證支架有足夠初撐力，防止支架下滑。移架時要堅持“擦頂帶壓、少降快移”[5]，減少空頂時間，移架后支架與頂板要接觸嚴密，嚴禁支架出現低頭或高抬頭現象。要嚴格控制梁端至煤壁距離，保證梁端距不超過規定值（≤340 mm），應及時移架接頂，實現對頂板的超前支護。

（3）降低采煤機行走部齒軌輪故障。回采過程中，要按照既定方案嚴格控制采煤機的俯采角度，不能超過采煤機允許的最大角度。要加強采煤機司機的操作責任心，利用自制的采煤機機身坡度規隨時觀察并調整采煤機坡度，確保設備正常運行。及時更換損壞的采煤機行走齒軌、導向靴、平滑靴，為采煤機正常運行創造條件。

4 綜采面防漏冒控制方案

為了防止在復雜地質環境下綜采時出現頂板冒落現象，根據井下的實際情況，在回風順槽距切眼往外頂板破碎區域或冒落超高區域提前絞頂并打設槽鋼錨索。錨索長7.3 m，錨索梁為長2.5 m 的16#槽鋼，錨索梁眼距1.8 m，排距3.5 m，順巷布置。其支護結構如圖3[6]。

目前該井下復雜地質條件下的回采方案已經在兩個綜采面得到應用，通過對應用以來的實際效果分析，優化后的回采方案可以實現4.325 m/d 的回采速度，比優化前3.46 m/d 的速度提升了25%。通過對回采作業過程中各類異常的統計，大溜、支架下滑、采煤機行走部故障由最初的4 次/月，降低到了目前的0.5 次/月，該技術方案已經得到了全面的推廣。

5 結論

針對1101 工作面煤層在回采過程中回采效率低、設備下滑、事故多的不足，提出了一種新的回采方案，對不同煤層傾角下的回采技術要點、防設備下滑、防漏冒方案進行了研究。實際應用表明，在不同傾角煤層情況下，按不同的俯角回采，能夠在保證回采安全的情況下提升回采效率，新的回采方案能夠將回采效率提升25%，將出現大溜、支架下滑、采煤機行走部齒軌輪損壞的故障率降低了87.5%，極大地提升了復雜地形條件下的回采效率和經濟性。