厚煤層綜放工作面端頭三角煤回采方法研究

張言

（冀中能源峰峰集團(tuán) 大淑村礦，河北 邯鄲 056300）

1 概況

大淑村井田位于峰峰礦區(qū)東北部，2003 年底建成投產(chǎn)。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90 萬(wàn)t/a，經(jīng)過(guò)技術(shù)改造，2020 年核定生產(chǎn)能力為150 萬(wàn)t/a，礦井為煤與瓦斯礦突出礦井。2 號(hào)煤層屬二疊系山西組地層，煤層賦存穩(wěn)定，一般厚5.6 m，局部煤層厚度略有變化。煤層直接頂以粉砂巖為主，平均厚度6.5 m，直接底板以粉砂巖為主，平均厚度10.8 m。水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)況，老頂砂巖含水層富水性較弱。長(zhǎng)期以來(lái)，該礦綜放工作面布置采用摸頂掘進(jìn)摸底回采，工作面一般布置為ZF4000/16/28 型基本架和過(guò)渡支架ZFG5000/20/35 型綜放支架，上下端頭及超前支護(hù)使用單體支柱配合1 m 金屬鉸接頂梁支護(hù)頂板，煤厚平均在5～5.5 m，造成了上下端頭三角煤的丟失。大淑村礦南翼地區(qū)為三下開(kāi)采，工作面多為條帶布置，長(zhǎng)度60 m 左右，條帶布置的綜放工作面上下端頭三角煤損失在工作面儲(chǔ)量中所占比例尤為明顯。礦方2018 年在172401 工作面上端頭ZFG5000 過(guò)渡支架頂梁上，第一次安裝使用疊型支架，增加支架高度，使3.5 m 高的支架增高到5 m，用來(lái)回收上巷內(nèi)巷道底煤及上端頭的三角煤，使用效果良好。2019 年在172401 工作面上端頭疊型支架的基礎(chǔ)上和天擇公司共同研發(fā)了ZT6800/26/55 型端頭支架并應(yīng)用在172404 工作面，使最大支護(hù)高度達(dá)到5.5 m，上超前支護(hù)配套使用了與天擇公司共同研發(fā)的ZQ1800/19/40 門(mén)式支架，實(shí)現(xiàn)了工作面上端雙錯(cuò)布置。該工藝解決了綜放工作面在摸頂掘進(jìn)摸底回采過(guò)程中上端頭三角煤和巷道內(nèi)底煤的回收問(wèn)題。同時(shí)，上超前支護(hù)采用了門(mén)式支架后，加強(qiáng)了超前支護(hù)強(qiáng)度，為安全生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。為了解決下端頭三角煤，狂放和天擇公司共同研發(fā)了下端頭 ZQT6800/26/55 支架及ZFG6400/20/40 型過(guò)渡支架和下超前支護(hù)ZQ1100/20/45 型配套門(mén)式支架，形成了172402 工作面上下端頭雙錯(cuò)工作面布置形式，解決了上下端頭三角煤回收難的難題。

172402 綜放工作面平均煤厚5.6 m，走向長(zhǎng)609 m，傾斜長(zhǎng)70 m，平均傾角10°，采用摸頂掘進(jìn)巷道，摸底回采工作面。目前工作面布置40 個(gè)支架，上下端頭各布置2 個(gè)端頭支架，工作面合計(jì)布置44 個(gè)支架。工作面上順槽使用ZQ1800/19/40型超前門(mén)式支架進(jìn)行支護(hù)， 下超前采用ZQ1100/20/45 型超前門(mén)式支架進(jìn)行支護(hù)。

2 工作面上下端頭頂板雙錯(cuò)支護(hù)技術(shù)

2.1 上端頭頂板雙錯(cuò)支護(hù)

172402 工作面在上端頭布置 3 架ZFG6400/20/40 型過(guò)渡支架、1 架ZFG5000/20/35型過(guò)渡支架，巷道內(nèi)布置2 架ZQT6800/26/55 型端頭支架，配合上巷布置33 架ZQ1800/19/40 型門(mén)式支架，形成上端頭雙錯(cuò)布置，如圖1 所示。

圖1 超前支護(hù)布置圖和上端頭布置雙錯(cuò)支護(hù)示意Fig.1 Layout of advance support and double staggered support at the upper end

其中ZFG6400/20/40 型過(guò)渡支架摸底回采，支架頂部托頂煤1.5 m 左右，ZQT6800/26/55 型端頭支架摸頂、摸底回采，與ZFG6400/20/40 型過(guò)渡支架間使用特制側(cè)護(hù)板進(jìn)行封幫，實(shí)現(xiàn)托頂煤摸底回采的頂板錯(cuò)落布置。通過(guò)3 次不同支護(hù)高度的支架進(jìn)行過(guò)渡，達(dá)到將1.5 m 左右的頂板錯(cuò)差進(jìn)行過(guò)渡完畢，保證工作面煤壁不片幫流煤。同時(shí)，上端頭3 個(gè)支架通過(guò)鋪設(shè)塑料網(wǎng)，與原煤壁側(cè)塑料連鎖，形成二次防護(hù)，保證頂煤穩(wěn)定。支架過(guò)渡方式如圖2 所示。

圖2 端頭支架過(guò)渡支護(hù)示意Fig.2 Transition support of end support

ZQT6800/26/55 型端頭支架布置在巷道上端，摸煤層底板，ZQ1800/19/40 型門(mén)式支架布置在原掘進(jìn)巷道（即運(yùn)料巷超前支護(hù)），與ZQT6800/26/55支架在底板存在1.5～2 m 落差，形成底板錯(cuò)落布置。端頭支架與門(mén)式支架動(dòng)態(tài)搭接，隨工作面回采往外進(jìn)行運(yùn)移架作業(yè)。目前，上超前支護(hù)門(mén)式支架采用支架運(yùn)輸車(chē)進(jìn)行外運(yùn)移架，已經(jīng)使用3 個(gè)工作面，取得較好實(shí)際效果。

2.2 下端頭雙錯(cuò)布置情況

172402 工作面下端頭雙錯(cuò)布置主要有3 個(gè)主要特征。

（1） 172402 工作面下順槽皮帶及轉(zhuǎn)載機(jī)布置與以往不同。由于巷道內(nèi)布置端頭支架，轉(zhuǎn)載機(jī)布置在下巷下幫。該布置的主要特點(diǎn)是將下端頭支架管理與工作面支架進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)工作面支架與端頭支架協(xié)調(diào)一致，便于下端頭管理。

（2） 172402 工作面在下端頭布置3 架ZFG6400/20/40 型過(guò)渡支架，巷道內(nèi)布置1 架ZQT5000/26/55 和1 架ZQT6800/26/55 型過(guò)渡支架，配合下超前布置15 架ZQ1100/20/45 型門(mén)式支架，形成下端頭雙錯(cuò)布置格局。 工作面機(jī)頭ZFG6400/20/40 型過(guò)渡支架摸底回采，支架頂部托頂煤1.5 m 左右，ZQT6800/26/55 和ZQT5000/26/55型端頭支架摸底回采，與ZFG6400/20/40 型過(guò)渡支架之間使用特制側(cè)護(hù)板進(jìn)行封幫閉鎖，實(shí)現(xiàn)托頂煤摸底回采的頂板錯(cuò)落布置。下超前使用ZQ1100 型超前門(mén)式支架，布置在超前支護(hù)人行道側(cè)，與ZQT6800/26/55 和ZQT5000/26/55 型端頭支架底板落差1.0 m 左右，形成底板錯(cuò)落布置。

（3） 下端頭實(shí)現(xiàn)雙錯(cuò)布置工藝的關(guān)鍵因素在轉(zhuǎn)載機(jī)超前處理方面。為保證ZQT6800/26/55 和ZQT5000/26/55 型端頭支架摸底回采，將轉(zhuǎn)載機(jī)布置在巷道底板上，需要超前對(duì)橋式轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行臥底處理，保證轉(zhuǎn)載機(jī)摸底拉移。

圖3 下端頭頂?shù)装咫p錯(cuò)布置支護(hù)示意Fig.3 Layout of double staggered support of roof and bottom in the lower head

2.3 取得效果

（1） 經(jīng)濟(jì)效益。172402 工作面上下端頭采用雙錯(cuò)布置方式后，工作面整體提高了回收率，按傳統(tǒng)綜放工作面上下兩頭底煤長(zhǎng)度15 m，巷道4.6 m，按市場(chǎng)原煤價(jià)格700 元/t 進(jìn)行計(jì)算，創(chuàng)造效益4130 萬(wàn)元。

（2） 安全效益。下端頭使用端頭支架與超前支架綜合支護(hù)方式后，增加了下端頭和超前處理的支護(hù)強(qiáng)度，降低掛梁期間人員高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，避免了因反復(fù)支撐頂板易破碎的問(wèn)題，有利于巷道的頂板管理。

（3） 社會(huì)效益。172402 工作面可采儲(chǔ)量34.4萬(wàn)t，通過(guò)上下端頭雙錯(cuò)布置，多回收原煤6.45萬(wàn)t，提高了煤炭回收率，工作面服務(wù)期限延長(zhǎng)近1 個(gè)月，有效緩解了工作面銜接緊張的局面。采用端頭及超前支護(hù)技術(shù)后，下端頭全部使用支架支護(hù)，減少傳統(tǒng)超前支護(hù)工序，每天可多割1 刀煤，生產(chǎn)效率提高25%以上，為工作面快速推采奠定下良好基礎(chǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)厚煤層綜放工作面上下端頭頂板支護(hù)的研究，研究工作面上下端頭頂板雙錯(cuò)支護(hù)技術(shù)，較好解決了三角煤回收問(wèn)題，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在峰峰集團(tuán)取得了不錯(cuò)的效果，對(duì)回采工作面上下端頭管理具有一定借鑒意義。