綜采放頂煤采煤工作常見問題分析與解決方法研究

＊張玉柱

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)地煤精通興旺煤業(yè)有限公司 山西 037003）

1.放頂煤開采概況

(1)工作面概況

本文所研究的對象為晉能控股煤業(yè)集團(tuán)旗下某煤礦，其煤層厚度在3.0～6.0m的范圍內(nèi)，平均可以達(dá)到4.7m。同時，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)該煤礦煤層結(jié)構(gòu)相對簡單，其上層為黃土狀，與此同時存在透氣差的現(xiàn)象，而對于下部而言，存在粉末狀或碎塊狀，但煤層中間有一層泥巖夾矸厚度在0.1～0.2m左右，煤層變異安全系數(shù)γ值為0.97。對于3號煤礦進(jìn)風(fēng)順槽而言，其方向與煤層頂板方向保持一致。在實施巷道支護(hù)的過程中，作業(yè)人員選擇錨桿與錨索相結(jié)合的方式。一般進(jìn)風(fēng)順槽包括如下三種形式：第一，煤礦進(jìn)風(fēng)；第二，工作人員通行；第三，煤炭運輸。工作面長度基本按照150m布置，采高2.0m，頂部煤層厚度2.7m，回采率93%，采放比例1:1.35。當(dāng)采用傾斜后退式方法后，可以借助傾斜開采的形式對煤礦進(jìn)行開采，在實施開采的過程中，選用“一采一放”形式進(jìn)行挖掘，對頂板實行垮落法管理。目前已有很多采面取得成功，進(jìn)而可以在放頂煤開采時獲得相應(yīng)的經(jīng)驗。

(2)放頂煤的工藝流程

在綜采工作面上，為了能夠?qū)崿F(xiàn)單向割煤的操作，往往從端部傾斜切割，相應(yīng)的落煤一般可以通過雙滾筒采煤機(jī)實現(xiàn)雙向割煤。一般，前側(cè)滾筒切割上部煤層，后側(cè)滾筒切割下部煤層，切割下來的煤則可以通過前部設(shè)置的刮板機(jī)將其輸送出去，其余煤在推溜時由鏟煤板送到前側(cè)刮板輸送機(jī)，在礦山自身壓力作用下，頂煤會沿著支架切頂線方向破碎冒落，在經(jīng)過支架尾梁作用將煤輸送到后側(cè)刮板運輸機(jī)中。一個完整的放頂采煤工序主要包含十二步：第一步端頭維護(hù)；第二步機(jī)電檢修；第三步煤層注水；第四步收護(hù)幫板；第五步割煤；第六步前探支護(hù)；第七步開啟護(hù)幫板；第八步推前側(cè)輸送機(jī)；第九步收伸縮梁；第十步移架；第十一步放頂煤；第十二步拉后側(cè)輸送機(jī)。

(3)放頂煤的工藝特點

作為該礦采煤的重要方法之一，放頂煤開采適用5～20m厚度左右煤層且需要進(jìn)行一次性全高開采。通常可以在每層下端設(shè)置一個煤層開采工作面，對應(yīng)的煤層往往可以從支架的上部位置傳送煤。一次性放頂煤開采法逐漸替代多層次煤層開采法，這樣可以實現(xiàn)對中厚煤層的開采。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)該方式效果比較理想，給采煤方法帶來了巨大的技術(shù)革新。但是，此種采煤方法對采煤工作面周圍巖石破壞程度很大，且瓦斯涌出量相對較大，很容易導(dǎo)致復(fù)雜地質(zhì)發(fā)生煤塵超標(biāo)、瓦斯爆炸等安全事故。根據(jù)煤層實際賦存條件，采用放頂煤開采法可以讓煤炭產(chǎn)量提升5%～10%左右，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.放頂煤開采常見問題

(1)煤壁片幫、漏頂現(xiàn)象比較嚴(yán)重

由于煤層厚度相對較厚，而煤機(jī)切割的過程中，導(dǎo)致煤質(zhì)變松，很容易導(dǎo)致煤壁發(fā)生片幫、斷面距變大，進(jìn)而導(dǎo)致漏頂發(fā)生。漏頂、煤壁片幫主要是由煤質(zhì)松軟自動垮落、煤層切割后未及時進(jìn)行煤壁支護(hù)造成；除此以外，還有就是煤層較薄支架無法得到有效支撐，頂煤發(fā)生自然冒落。

(2)支架倒架現(xiàn)象時有發(fā)生

在實踐的過程中發(fā)現(xiàn)，采煤工作面出現(xiàn)了倒架現(xiàn)象，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)是由于支架接觸不良導(dǎo)致的，同時出現(xiàn)受力不均勻的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致相鄰之間不能實現(xiàn)較好地制約。采高超高很容易導(dǎo)致局部頂煤發(fā)生片幫，支架移動時未和壓貼頂架同時移動發(fā)生倒架；煤層切割后，拉架支護(hù)不及時導(dǎo)致漏頂?shù)辜?；支架操作完成后手把歸零不及時持續(xù)移動，盡而導(dǎo)致支架發(fā)生重疊交錯。經(jīng)過斷層、地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域以及頂板破碎區(qū)域時，因未及時使用圓木對頂板不平整處進(jìn)行接頂，而導(dǎo)致倒架。還有就是因為空頂開采周期較長導(dǎo)頂板暴露時間過長，從而使漏頂?shù)辜墁F(xiàn)象發(fā)生。

(3)絕對瓦斯涌出量不斷增加

一般在對厚煤層選用放頂煤時，在煤層厚度范圍內(nèi)或者煤層底板處布置一個2～3m高度的煤層開采工作面。此礦為高瓦斯礦井，其中煤層瓦斯含量遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)，雖然煤礦開采之前會打井抽放瓦斯，可是由于該煤層松軟吸附量相對較高，由此可以看出，僅僅選用打井的方式來實現(xiàn)排放瓦斯，并不能實現(xiàn)較好地排放瓦斯。由此可以看出，在進(jìn)行煤層回采時，往往引發(fā)因煤體破碎而出現(xiàn)瓦斯泄漏的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致隅角區(qū)域瓦斯含量攀升。為此工作人員需要選用合適的方式來降低隅角區(qū)域瓦斯?jié)舛取?/p>

(4)采出率不高和含矸率的增加

經(jīng)統(tǒng)計可得，因設(shè)備自身條件限制導(dǎo)致煤炭損失占比約為10%～20%；因放煤工藝導(dǎo)致煤炭損失占比約為50%。開采工作面參數(shù)設(shè)計受限導(dǎo)致煤炭損失占比約為20%。假如選用放頂煤進(jìn)行開采的過程中，工作面支架不能實現(xiàn)放煤，那么將會不利于頂煤開采。

3.解決綜采放頂煤問題的相關(guān)對策

(1)煤壁片幫、漏頂?shù)目刂拼胧?/h3>

①防治思路。假如在開采的過程中，出現(xiàn)煤壁片幫以及漏頂時，那么工作人員必須停止作業(yè)。與此同時需要進(jìn)行維護(hù)。當(dāng)工作面位置出現(xiàn)了大量的漏頂時，那么工作人員可以選用原木來實現(xiàn)板皮剎頂，這樣能夠有效地優(yōu)化支架接實煤層頂板的效果。放頂煤開采工作面在煤層切割完成后應(yīng)及時對煤壁進(jìn)行護(hù)板幫支護(hù)。在支架下扎之初，可以借助人工的形式循環(huán)下扎，從而可以有效地控制頂煤。

②帶壓移架。超前移架：假如煤層出現(xiàn)片幫或者頂煤破碎的現(xiàn)象時，那么需要移架采煤切割機(jī)，接著才可以開展作業(yè)。頂板破碎位置可以實施超前移架，那么必須進(jìn)行超前移架，而出現(xiàn)不能超前移架時，必須使得采煤機(jī)與切割機(jī)同步移架。帶壓擦頂移架：具體如下所示：第一步，移動拉移手把，這樣可以把護(hù)幫板設(shè)置為垂直形式；第二步，移動降架手把，這樣可以保證支架移動到正確位置。

③限制采高。通常采高設(shè)定在2.0m±50mm的范圍內(nèi)，嚴(yán)禁出現(xiàn)超高回采的現(xiàn)象。此外，驗收人員必須加強(qiáng)對工作的驗收的管理，這樣可以優(yōu)化工作面支護(hù)的安全性。當(dāng)采煤機(jī)割煤完成后要對煤壁進(jìn)行及時支護(hù)，以避免片幫現(xiàn)象出現(xiàn)。

(2)發(fā)生倒架的控制措施

假如在開采的過程中出現(xiàn)了倒架現(xiàn)象，那么需要對支架進(jìn)行有效地調(diào)整。同時需要采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，防止出現(xiàn)安全問題。

扶架方法。拉頂梁扶正：需要給倒架留出足夠的空間，一般工作人員可以選用單體支護(hù)的形式進(jìn)行支護(hù)，保證頂梁在豎直方向保持垂直。邊拉邊扶正：假如出現(xiàn)嚴(yán)重的倒架時，那么將會引起頂板垮落的現(xiàn)象，這時可以選用一邊拉架一邊扶正的形式。

(3)回采過程中瓦斯防治措施

①深孔預(yù)裂。一般情況下，預(yù)裂孔打在煤壁工作面運順延伸線，相應(yīng)的深孔預(yù)裂爆破往往遵循沿著煤壁延伸線。一般情況下，預(yù)裂孔深度為6m，預(yù)裂孔間距為0.5m，每班鑿孔5個，頂板和預(yù)裂孔角度設(shè)定為80°，孔眼底面朝老塘夾角設(shè)定在70°到80°的范圍內(nèi)；伴隨工作面作業(yè)的推進(jìn)，應(yīng)該采用退錨設(shè)備對工作面范圍內(nèi)的支護(hù)錨桿、錨索進(jìn)行提前退掉，以確保落頂效果的實現(xiàn)。

②端頭封堵。在回采過程中，順槽兩側(cè)端頭頂板垮落不充分，并且懸頂深度超過3m以上，當(dāng)老塘區(qū)域頂板冒落不充分時，需要用裝滿浮煤的尼龍袋壘墻，從下往上壘起直至封堵頂板為止。與此同時，工作人員可以選用黃泥來填充尼龍袋縫隙。當(dāng)完成回采作業(yè)后，可以將其選用一次封堵。

③預(yù)埋抽放管抽瓦斯。每次進(jìn)行封堵之前，都應(yīng)該將第一節(jié)抽放管拆卸，并將其運輸?shù)诫x工作面100m的地方進(jìn)行放置，然后在抽放管接頭處進(jìn)行短接操作，以確保采空區(qū)能被抽放管所覆蓋。

(4)提高采出率、降低含矸率

①支架的選型。應(yīng)該對頂煤開采率和液壓支架在放煤口安放位置兩者之間關(guān)系進(jìn)行正確掌握。液壓支架在放煤口安放位置主要分為高位、中位、低位這三種，高位、中位主要是進(jìn)行液壓支架安裝，由于放煤口處于較高的位置，因此引發(fā)煤口周圍煤炭無法放出，進(jìn)而大大降低了回采效率。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，液壓支架能夠有效地優(yōu)化頂煤開采率，其優(yōu)點如下：第一，實現(xiàn)持續(xù)放煤；第二，放煤效率高；第三，放煤口不易堵塞；第四，可以進(jìn)行大塊煤切割。

②放煤步距。放煤步距會對放煤效果產(chǎn)生重要影響，其中60%的煤是通過支架放煤口輸送。假如放煤步距過大，會導(dǎo)致采空區(qū)周圍三角煤無法放出，從而使煤炭開采量降低；假如放煤步距過小，會導(dǎo)致采空區(qū)周圍矸石優(yōu)先到達(dá)放煤口，遵循見矸關(guān)門操作原則，會使部分煤炭被關(guān)閉在放煤口處，如果放煤口不關(guān)閉，那么會導(dǎo)致大量矸石運輸?shù)焦ぷ髅妗?/p>

③放頂煤開采厚度。根據(jù)礦井支架型號，頂煤厚度2.7m以內(nèi)，采高工作面不超過2.0m等條件，可以得出當(dāng)采煤機(jī)要進(jìn)行2m煤層切割時，必須要按照1:1.35采放比進(jìn)行。

4.結(jié)語

根據(jù)煤層傾角大、地質(zhì)情況復(fù)雜等因素對煤礦回采作業(yè)的影響，對如何提升放頂煤開采效率、提高煤炭開采回收率以及支架與頂板工作面位置關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)闡述，從而使煤炭開采率得到有效提高。當(dāng)前放頂煤開采法依然存在諸多問題需要大家共同研究解決，為了確保放頂煤開采法的快速應(yīng)用，后期應(yīng)該加強(qiáng)對流頂煤安裝以及擋矸支架技術(shù)的引進(jìn)。與此同時，還應(yīng)該積極推廣放頂煤開采法，為類似的煤礦開采提供豐富的參考經(jīng)驗。