煤礦綜采工作面大塊矸石管控技術

趙 嶸

（晉能控股集團寺河礦， 山西 晉城 048204）

引言

綜采工作面回采過程中，受地質構造等因素影響，頂板破碎造成支架工作阻力無法達標，液壓支架接頂不實，同時矸石掉入運輸機，不僅影響礦井主運系統，而且易引發機電事故，嚴重制約著綜采工作面正?；夭伞Ｈ绾慰刂茦嬙靺^域大塊矸石，對于綜采工作面乃至整個礦井產量任務的完成有著至關重要的意義。

1 寺河礦工程現狀

寺河礦綜采工作面現開采煤層為3 號煤層，煤層平均厚度為6.0 m，在工作面采用走向長壁大采高自然冒落后退式綜合機械化采煤方法進行回采。煤層底板標高+378～+430 m，工作面傾斜長度297.5 m、走向長度1711.8 m，煤層頂底板特征如表1 所示。

表1 煤層頂底板情況

2 綜采工作面大塊矸石控制思路

2.1 回采工藝管控

根據回采預報，工作面步入地質異常區域前50m，編制針對性的安全技術措施，對工作面回采方式進行調整，通常采用采煤機割煤抬底板的方式，降低采高，避免偽頂、直接頂破碎，造成采高增大，支架無法形成有效支撐，造成大量矸石跌入工溜，阻斷正?；夭赏七M。同時割煤時跟機作業，拉超前架，并帶壓拉架，減少矸石掉落。

同時，需提前準備π 型梁、板梁等生產材料，7655 鉆等打眼工器具，如需注漿還需準備注漿材料和注漿泵等。根據大塊矸石跌落情況，提前準備放炮防護材料和器具。對于一般地質構造區域，施工隊組通過提前調整回采方式可以一定程度上降低特殊地質區域的影響[1-3]。

2.2 支架護幫板打柱

針對寺河礦過地質異常區域，可以通過在護幫板上打柱，來彌補護幫板護幫能力不足的缺陷。該管控方式需進入煤幫作業，安全風險大。利用DW-45/110-LX 型單體柱，人工抬扛，作業人員勞動強度大。同時，還存在作業時間長等問題，降低了回采工效。護幫板打柱后，支架護幫效果明顯，矸石跌落得到有效控制。

2.3 矸炭二次分離

在需要被分裂的矸石上鉆好相應直徑和深度的孔，將楔塊組插入鉆好的孔中，將跌入工溜的矸石在井下分離破碎。該方法分離器尺寸較小，操作人員作業強度低。但因準備工序復雜，分離效率低，作業時間長，在工期相對緊張的回采作業現場，使用頻次極低。根據分離位置的變化，需往復拖拽管路，增加了職工工作負擔。

2.4 高效膨脹技術

采用在矸石中注入膨脹劑，通過冷爆破的方式，將矸石分離。該方法破碎效果明顯，作業現場環境較為整潔，粉塵較少，但該方法成本較高，增加了噸煤成本，同時，耗時較長，礦井使用頻次低，而且作業前需做的保護較為繁瑣。

2.5 擋矸分離

在矸石跌入運輸設備后，在皮帶上安裝擋矸裝置，將大塊矸石擋到出煤系統外，避免了出煤系統卡堵。該方法可減少機電事故發生，為出煤系統的連續運轉提供有力支撐，但需準備排矸路線，矸石的后期搬運、破碎，投入人力物力較大。

2.6 鑿巖技術

寺河礦自行設計的WP22 沖擊破巖裝置，安裝在工溜機頭3～4 號架處的推移塊上，用于綜采面液壓支架下刮板輸送機上過大炭塊和矸石的破碎作業。底座固定在液壓支架的推移塊上，破巖最大炭塊直徑可達1.4 m，最遠破巖離推移塊距離可達2.6 m，并可左右旋轉90°，折疊狀態最小長和寬為2.4 m和0.56 m，高度2.4 m，極好地利用了液壓支架下狹小空間。該方法操作簡便，職工作業強度小，破碎大塊矸石效果明顯。但存在設備故障率高的問題，檢修耗時長。現階段該設備的煤安標志尚未辦理完成。

2.7 爆破技術

對于特別大的塊矸石，可以通過爆破技術進行處理，因爆破效率高，在礦井使用率極高，需編制專項安全技術措施，明確裝藥量、眼深、警戒位置等具體內容，該方法效果明顯，效率高。從成本上考慮，炸藥和雷管的價格較為低廉，但作為高突礦井，放炮作業危險系數較大，而對于放炮位置限制較多，在放炮區域，需提前做好設備的保護工作，準備環節較為繁瑣。

3 大塊矸石管控實施技術

3.1 前期回采調控

對礦井地測部門提供的地質預報，進行科學分析，并結合豐富井下實踐經驗及工人的建議，形成具體推進方案。進入地質構造帶時提前降低工作面采高，施工單位明確采煤機司機、支架工等重要崗位人員操作要求，追機作業，嚴格控制工程質量，保證初撐力和直線度等動態達標，必須確保推進方案落地，施工單位的執行力要強，重要崗位人員素質要過硬，避免因人為因素造成大面積垮落，使得工作面停產，被動誘發礦山壓力積聚，增大回采難度。除施工隊組外，礦井調度、生產等部門中需安排經驗豐富的干部到現場進行指導，特別是對突發狀況的應急處置至關重要。

3.2 斜撐機構分布

提前安裝液壓支架斜撐機構，替代人工護幫板打柱。在斜撐機構布置上，通過分析地質預報，在構造核心區域，采用“一架一安裝”的方式；在影響區域，采用“隔架安裝”方式；進入地質異常區域，第一時間可以使用，加強對頂板破碎段的管控。對斜撐機構的固定方式進行優化，將調整高度千斤的尾部，與支架平衡千斤底座相連接，提高整個斜撐機構的固定性。同時，在支撐千斤下方安設防墜鏈，避免因受力不均造成千斤跌落傷人事故的發生。

3.3 加裝運輸控制設備

在工溜機頭提前安裝WP22 沖擊破巖裝置，安排專人日常檢修，避免設備故障。在工作面出現大塊矸石后，將大塊矸石運至工溜機頭，操作破巖裝置在井下破矸，避免了采用爆破方法耗時長，安全風險大的弊端。同時，安裝擋矸裝置，減少了人工停機撿矸時間。也能避免因大塊矸上出煤系統，造成出煤系統卡堵，為正常生產爭取時間。在后期矸石處理上，利用周邊無設備鉆場或即將封閉的開路橫川，碼放矸石。需明細班組職責分工，建議利用檢修班，集中進行注漿，生產班組正?；夭杉纯伞?/p>

3.4 放炮

在以上三種方式未能有效控制大塊矸石后，可采取放炮的方法。需注意采煤機的停機位置，控制好采煤機距離放炮點的距離。同時，綜采工作面放炮，還需避免矸石位于工溜機頭30 m 的區域。

3.5 構頂支護

如因前期管控措施執行不到位，造成煤體上方大范圍冒頂時，如老頂較為堅固，在經驗豐富的老工人觀山下，采取人工構頂的方式，進行支護。在端頭、端尾使用該方法效果顯著。一是采高相對低，便于構頂，二是人員冒頂撤離時安全出口暢通。如圖1 所示。

圖1 構頂支護示意圖

在實施過程中首先采取放炮的方式，處理外漏凸出煤體或矸石，開空工溜；其次在工溜上方打設平臺；最后，在經驗豐富的老工人觀山下，在支架上方打木垛，在一級護幫板下方，支設兩根1.8 m 單體柱。此時支架接頂有力，能夠順利完成拉架作業[4-6]。

4 結語

大塊矸石管控技術應充分結合綜采工作面現場實際情況，將傳統做法與新型機械設備、材料相融合。以大幅度減少注漿材料的使用，降低噸煤成本。無人員進入煤幫作業行為，安全系數顯著提升。煤礦綜采工作面可以結合自身實際情況，調整和甄選五種管控方法，形成適宜自身回采需求的管控措施，從而實現綜采工作面在地質異常區域的穩步推進。