開元公司15401 大采高綜采工作面大傾角開采技術

趙曉東

（華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉 045000）

1 概 況

開元公司15401 綜采工作面位于15 號煤四采區，埋藏深度為388～502 m，地面位于放馬溝村（已搬遷）正下方，井下位于15402 工作面（正掘）以北，東鄰15 號煤四采區系統巷，西靠礦界保護煤柱，為15 號煤首采面。

工作面走向長1 532 m，傾斜長220 m，煤層總厚1.4～4.3 m，平均4 m，煤層傾角3°～26°，平均傾角13°。切巷以東760 m 范圍存在一向斜構造，造成工作面中間低，兩邊高，向斜軸呈北東方向延伸，北翼煤層傾角最大26°，最大相對高差57 m，如圖1 所示。頂底板條件見表1。

表1 煤層頂底板情況Table 1 Coal seam roof and floor situation

圖1 15401 綜采工作面布置Fig.1 Arrangement of 15401 fully mechanized mining face

工作面采用走向長壁后退式綜合機械化一次采全高采煤方法，循環進度0.8 m，工作面采高控制在4.0 m，采用全部垮落法處理采空區。采煤工作面主要設備見表2。

表2 工作面主要設備Table 2 Main equipment table of working face

2 開采存在的問題

我國大采高綜采面液壓支架穩定性事故率較高，根據大采高工作面開采經驗，4～4.5 m 采高，煤層傾角應控制在12°以內；5～5.5 m 采高，煤層傾角應控制在10°以內；6 m 采高，煤層傾角應控制在5°以內。而開元公司15401 工作面受向斜構造影響，中間低，兩頭高，最大傾角達26°，嚴重超過經驗數值的12°以內，極容易造成擠架、咬架、倒架等安全事故，因此須采取相關技術措施，保證工作面安全開采。

3 工作面開采論證及回采情況

3.1 開采論證分析

15401 工作面開采前，為保證大傾角開采的安全性，對正常推進和繞采兩種方案進行開采論證。方案一：在底彎處進行填矸壓巷調坡，在滿足支架安裝需要的基礎上組織正常推進。方案二：繞采切巷以東300 m 范圍向斜構造影響嚴重區域，但會損失約18.9 萬噸煤炭資源。開采方案論證如下。

（1）煤層厚度對大采高開采的影響。隨著采高的增大，工作面片幫面積呈現冪函數增長，根據陽泉礦區采高與煤壁片幫關系統計，當工作面采高超過5.5 m 后，煤壁片幫程度迅速增大。15401 工作面平均煤厚4 m 左右，煤壁片幫對回采影響較小，且工作面安裝ZY12000-22.5/45D 型支架，配備護幫板，提升控幫控頂效果。

（2）頂板力學性質對大采高開采的影響。工作面煤層上方直接頂為2.4 m 左右K2 下石灰巖、19.5 m 砂質泥巖，巖石硬度系數約為9～11，水平層理，具裂隙，為方解石脈充填，綜合評定為3 類穩定頂板，不易發生冒頂，有利于支架的穩定性，防范倒架事故，如圖2 所示。

圖2 巖層柱狀圖Fig.2 Columnar diagram of rock strata

（3）工作面仰俯采對大采高開采的影響。巷道起伏尤其是仰采對大采高綜采面片幫冒頂有重要影響，根據陽泉礦區開采經驗，工作面最大仰采角度達到20°，煤壁片幫危險性明顯增大，設備適應性差。15401 工作面回風巷俯采坡度在8°左右，進風巷仰采坡度小于12°，走向方向角度較小，有利于支架縱向上的穩定性。

（4）裝備對大采高開采的影響。15401 工作面采煤機為MG-750/1900 型，整機裝機功率1 900 kW，開采適應性強；ZY12000-22.5/45D 型支架配備護幫板、防倒千斤、底調千斤，并安裝電液控制系統實現鄰架操作，提高調架功能性能。采煤機、支架及其他配套設備均為新投入使用的裝備，裝備先進有利于高產高效組織。

（5）礦壓對大采高開采的影響。該面為開元公司15 號煤首采面，兩巷均為實體煤巷道，其他工程對工作面圍巖擾動較小，工作面礦壓顯現不明顯，有利于工作面頂板管理。

（6）經濟對比。方案一硬過撓曲構造較方案二繞采構造可避免銜接停產3 個月左右，多采出煤炭18.9 萬噸，經濟效益顯著。

綜合考慮15401 工作面放馬溝向斜構造影響范圍、頂底板條件、煤層坡度及周邊地質構造影響，開采裝備、采掘銜接合理、煤炭資源損失等方面，在技術可行、經濟合理的條件下，考慮采用方案一開采。

4 采取的技術措施

4.1 工作面安裝過程

（1）在工作面向斜軸部20 m 范圍內填矸厚度0～1.5 m 進行掩底降低采高，并硬化處理底板，以減緩巷道曲率，滿足支架安裝要求，降低工作面初采難度。在工作面向斜軸部區域，共需安裝20 架進行調整角度26°，平均每架調角度1.3°。

（2）安裝支架時，為防止坡度大造成支架相互撞擊移位，在相鄰支架的底座間掩設道木、木墩，確保支架側護板處于正常打開狀態、支架頂梁有間隙不擠壓，并保證支架與工作溜垂直且初撐力達標。

（3）切巷中所安設支架和工作溜要平緩過渡，嚴禁出現臺階，增加后期開采過程中推溜移架的難度。

（4）工作面機頭安裝過渡支架4 架，機尾不安裝過渡架，工作面通過向斜構造落差減小后，方便后期拆架、縮溜。

4.2 初采期間支架狀態調整

（1）強化工作面初采期間的工程質量管理，加強支架初撐力管理，確保支架整體達標率不低于95%。

（2）結合15401 工作面現場實際情況，合理控制采高，不同區域采取不同的采高。為確保機組能夠順利通過，并減少割巖量，向斜軸部區域按照設計適當降低采高，控制在3.0～3.5 m，減小巷道坡度。

（3）針對15401 工作面呈現凹形，采煤機運行過程中始終處于上下坡狀態的情況，要合理控制運行速度，盡量與拉架速度相適應，割一架拉一架，避免造成工作面大面積空頂，同時支架工拉架時要帶壓擦頂移架。

（4）15401 工作面每2 架支架安裝1 組防倒千斤。操作支架時2 人一組進行配合操作，先用相對低位支架的側護板撐住相對高位的支架，1 人操作支架防倒千斤及底調千斤，1 人操作支架拉移，將高位支架拉出并升緊接頂，使初撐力達標；然后將低位支架側護板收回，1 人操作防倒千斤，1 人拉移支架，將低位支架拉出，打開側護板升緊支架，同時確保支架與工作溜垂直且不擠架。

（5）15401 工作面進風順槽安裝激光定位指向儀，鎖定機頭位置，精準監測工作溜的竄前竄后情況，便于及時調整回進風推進度。隨著15401 工作面的不斷推進，進回風落差及工作面坡度將變小，工作面斜距將縮短，要及時合理調整進、回風進度差，適當進行偽斜開采，關注回風支架占巷情況，必要時回風端頭要及時拆除支架。

4.3 一通三防技術措施

（1）15401 工作面初采期間必須按風量核定批復文件中規定風量的1.2 倍進行配風，確保工作面風量充足，正常生產期間按核定風量進行配風；如在回采過程中發現瓦斯涌出量比預計量大時，在保證工作面風速不超限的前提下應及時進行風量調整。

（2）15401 工作面生產期間，加強瓦斯檢查，工作面向斜軸部區域每架施工1 個超前排放鉆孔，鉆孔深度為12 m，允許推進7 m，預留5 m 的超前保護距離。

4.4 超前地質預測預報

15401 工作面開采期間，精準統計工作面日推進度，嚴格按照每2 日或每推進5 m，及時收集工作面地質資料，繪制15401 工作面專項地質預測預報剖面圖，對工作面過構造情況、割巖情況、工作面坡度、支架斜度、采高等進行詳細描述，為工作面調整施工方案提供可靠依據。

5 結語

本文針對開元公司15401 大采高大傾角綜采工作面的現狀，進行了開采方案的比選和論證，確定了在底彎處進行填矸壓巷調坡，在滿足支架安裝需要的基礎上組織正常推進的開采方案，并制定了工作面支架安裝、調整等方面的針對性技術措施。根據現場實踐情況，工作面實際開采后，煤層條件進一步惡化，傾斜方向最大傾角達35°，但支架支撐有力，狀態正常，未發生“擠架、咬架、倒架”，基本實現工作面頂板的有效管理，表明制定的大傾角開采技術措施安全有效。截至目前累計推進348 m，日均割煤3 刀，較繞采方案多出煤18.9 萬t，按500 元/t 計算，產生經濟效益9 450 萬元，積累了大采高綜采工作面大傾角開采現場管理經驗。