大采高綜采工作面頂板控制技術(shù)分析

陳年華

(山西潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司)

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大采高綜采工作面頂板控制技術(shù)分析

陳年華

(山西潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司)

對(duì)大采高綜采工作面的基本概況與大采高綜采工作面頂板控制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了回顧，并結(jié)合實(shí)際測(cè)試結(jié)果，對(duì)大高采綜采工作面頂板控制技術(shù)進(jìn)行了詳盡分析，對(duì)解決大采高綜采工作中遇到的問題具有參考作用。

大采高綜采工作面 頂板 控制技術(shù)

煤炭在我國(guó)一次能量消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占有極其重要的地位，既是基本燃料，又是工業(yè)發(fā)展中所需的重要燃料，其發(fā)展的快慢直接影響國(guó)計(jì)民生。緩傾斜厚煤層煤炭產(chǎn)量在我國(guó)煤炭總產(chǎn)量中占有重要比例，阜生煤業(yè)井田位于沁水煤田東部邊緣，批準(zhǔn)井田面積5.819 6 km2,開采的15#煤層，井田構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層平均厚度6.01 m，煤質(zhì)為易選的貧煤，可作為動(dòng)力用煤及民用煤。地質(zhì)儲(chǔ)量4 002萬t，可采儲(chǔ)量2 324萬t，核定生產(chǎn)能力120萬t/a，適合大采高綜采的開采條件。

1 大采高綜采工作面基本概況

該礦區(qū)的大采高綜采工作面井下煤層埋深53～195 m，工業(yè)儲(chǔ)量714 636 t，工作面的可采儲(chǔ)量664 611 t，工作面采出率93%，采出率較高。該工作面的地質(zhì)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，煤層呈現(xiàn)出單斜構(gòu)造狀態(tài)，工作面煤層傾角4°～16°。煤層直接頂中存在許多約8 m厚的泥質(zhì)結(jié)構(gòu)；基本頂中則多是約7 m厚的、顏色為灰白色的石灰?guī)r，在石英中夾雜著燧石，結(jié)構(gòu)不僅致密而且堅(jiān)實(shí)牢固；直接底大多數(shù)為塊狀的砂質(zhì)泥巖，厚度在1.4 m左右含有一些植物化石；老底則是石灰?guī)r層，同直接底一樣含有少量的植物化石。

2 大采高綜采工作面頂板控制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 大采高綜采技術(shù)的概念

采高最小3.5 m，最大值7.0 m，利用雙滾筒采煤機(jī)將煤割至符合要求的采煤厚度，大功率的刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，再用液壓型支架對(duì)頂板進(jìn)行必要的控制，即為大采高綜采技術(shù)。大高采綜采技術(shù)采煤不僅具有更高的煤炭回收率、采出的煤炭純度更高、采面煤塵比其他技術(shù)開采時(shí)少的優(yōu)點(diǎn)，而且該技術(shù)采煤工作中的自然發(fā)火和瓦斯涌出量都較小，提高了采煤工作的安全性，降低了安全事故的發(fā)生率。所以，進(jìn)行大采高綜采工作面頂板控制技術(shù)分析，有利于推廣我國(guó)煤炭行業(yè)工作的安全進(jìn)行。

2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

由于大采高綜采工作面采高較大，綜采面在采場(chǎng)頂板巖層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有特殊性，使得工作面上覆巖層冒落高度加大，容易發(fā)生頂板冒落的危險(xiǎn)。美國(guó)、澳大利亞等國(guó)存在一些厚煤層，他們大多使用房柱式采煤法，雖然受到了各種環(huán)境、時(shí)間因素的限制，研究結(jié)果的適用范圍較小，但是對(duì)于一些條件類似的地區(qū)仍然具有一定的參考價(jià)值與指導(dǎo)意義。

2.3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)厚煤層采用大采高綜采技術(shù)的研究始于1978年，發(fā)展至今已經(jīng)有了相當(dāng)大的進(jìn)步，在我國(guó)多個(gè)礦區(qū)中都得到了推廣，使用效果在神東、邢臺(tái)、徐州、棗莊等礦區(qū)較好。龍口梁家礦綜采隊(duì)?wèi){借其優(yōu)良的采高和煤層環(huán)境，使用大采高綜采技術(shù)，創(chuàng)造了我國(guó)“三軟”煤層年產(chǎn)原煤156萬t的最高開采記錄；大采高綜采技術(shù)在邢臺(tái)東龐礦綜采隊(duì)推廣后，1994—1998年，該礦綜采隊(duì)的年產(chǎn)煤量逐年上升，原煤工效也在不斷提高，達(dá)到了一次采全高的全國(guó)領(lǐng)先水平，并且連續(xù)5 a沒有發(fā)生過傷亡事故，保障了采礦工作人員的人身安全。

3 大采高綜采工作面布置及開采設(shè)備

3.1 大采高綜采工作面巷道布置

大采高綜采工作面采用雙巷布置，巷道沿傾向布置，切眼沿走向布置，在需要時(shí)回風(fēng)巷也可協(xié)助運(yùn)送材料，運(yùn)輸巷與機(jī)軌合一巷，不僅能夠運(yùn)煤、進(jìn)風(fēng)，而且還能夠存放設(shè)備列車?；仫L(fēng)巷、運(yùn)輸巷均沿底掘進(jìn)，此兩巷的工作面切眼相同，都是矩形斷面。巷道采用錨桿和錨索聯(lián)合支護(hù)，兩排的錨索布置成三角形。切眼摒棄了傳統(tǒng)的施工工藝，采用新型兩次掘進(jìn)成巷工藝，不需要開幫準(zhǔn)備，具有準(zhǔn)備時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 采面設(shè)備

該礦使用的是截割功率大、牽引速度快、裝煤效果好的MG750/1940-WD型大功率交流電牽引雙滾筒采煤機(jī)。經(jīng)過試用發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備制造質(zhì)量、技術(shù)性能和設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸等均滿足設(shè)計(jì)要求，且具有較強(qiáng)的運(yùn)輸能力，安全性較強(qiáng)，維護(hù)操作也比較方便，能夠適應(yīng)集約化生產(chǎn)的各方面需求。工作面刮板運(yùn)輸機(jī)應(yīng)用高性能的液壓馬達(dá)、液壓緊鏈裝置和耐破斷力鏈條等。

4 頂板控制技術(shù)

(1)液壓支架的適應(yīng)性分析。四柱支撐掩護(hù)式結(jié)構(gòu)的液壓支架支撐能力較大，安裝有大流量安全閥和大流量供液系統(tǒng)，移架快速。支架垂直工作面頂、底板，支架頂梁與頂板平行支設(shè)，最大仰角小于7°，周期來壓期間，必須采取跟機(jī)拉架和超前拉架相結(jié)合的方式；所有支架的安全閥動(dòng)作靈敏可靠、支架立柱的密封性完好，保證了支架的支護(hù)能力，能夠滿足大采高綜采工作面開采的支護(hù)要求。

(2)采面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。直接頂初次來壓，初次跨落步距約15 m，直接頂從工作面中部冒落后，隨著工作面不斷向前推進(jìn)，冒落擴(kuò)大到整個(gè)工作面，大部分的冒落高度處在3.5～5.5 m，此外，工作面煤壁上有小于0.2 m的片幫；老頂初次來壓，初次來壓步距最大值為45 m，最小值為30 m，部分支架的安全閥處于開啟狀態(tài)，工作面中部煤壁存在0.3～0.5 m的片幫，但是工作面頂板始終處于完整狀態(tài)；老頂周期來壓，步距15～20 m，實(shí)際測(cè)試表明，老頂初次來壓和老頂周期來壓雖然都沿著工作面進(jìn)行，但是二者并不是同時(shí)來壓，表現(xiàn)出了局部來壓的特征，且來壓的強(qiáng)度表現(xiàn)為從中部到尾部、頭部依次減弱。

(3)液壓支架選擇。大采高工作面頂板的控制主要是由采場(chǎng)支架的有效支撐來完成的，在進(jìn)行大采高開采時(shí)，由于一次采出煤層的厚度不斷增加，采場(chǎng)上方頂板的活動(dòng)規(guī)律也在發(fā)生相應(yīng)的變化，再加上大采高工作面的采高較大，容易出現(xiàn)煤壁大面積片幫現(xiàn)象，片幫后端面間距加大，頂板失去了煤壁的有效支撐，極易導(dǎo)致冒頂事故的發(fā)生，進(jìn)而對(duì)工作面裝備造成一定程度的損壞，加大液壓支架的受力，嚴(yán)重影響了液壓支架的穩(wěn)定性。因此，支架在選擇時(shí)必須達(dá)到初撐力要求，確保支架接頂嚴(yán)密。

5 結(jié) 語(yǔ)

在現(xiàn)有的開采條件下，通過對(duì)某些工作面的成功開采，說明大采高綜采工作面頂板控制技術(shù)是比較科學(xué)合理的，能夠?yàn)轭愃乒ぷ髅骈_采提供技術(shù)依據(jù)與借鑒。

2016-07-14)

陳年華(1986—)，男，助理工程師，032600 山西省晉中市。