大采高高瓦斯綜采工作面回采實(shí)踐

常爭(zhēng)峰，張光文

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司東曲礦，山西 古交 030200)

東曲礦隸屬于西山煤電(集團(tuán))公司，是一座年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為400萬(wàn)t的現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井，主采煤層為2#、4#、8#、9#煤。隨著礦井的快速發(fā)展及井田的合理規(guī)劃，由原來(lái)的+973 m單水平開(kāi)采發(fā)展為雙水平開(kāi)采，即與+860 m水平同時(shí)開(kāi)采。+860 m水平首采工作面為28202工作面，是東曲礦首個(gè)大采高高瓦斯綜采工作面，面對(duì)其回采過(guò)程中出現(xiàn)的新的問(wèn)題，在無(wú)任何經(jīng)驗(yàn)可借鑒的情況下，通過(guò)探索實(shí)踐，該礦對(duì)大采高工作面有了新的認(rèn)識(shí)，新的管理辦法，開(kāi)創(chuàng)了一條高產(chǎn)、高效、高資源回收的路子，為產(chǎn)量的快速提升提供了保障。

1 工作面地質(zhì)概況

1．1 煤層賦存及儲(chǔ)量情況

該工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，賦存較穩(wěn)定。8#煤層厚度在2．2 ～3．8 m，平均厚度 3．3 m，容重 1．37 t/m3，煤層含1～3 層夾矸;8#上煤厚度在0．3 ～0．8 m，平均厚度0．6 m。局部位置有8#煤與8#上煤分叉，夾矸厚0．0 ～1．5 m，平均 0．42 m。工作面將 8#煤及 8#上煤一次全部回采，其總厚度在3．3 ～5．3 m，平均4．3 m。煤層傾角2°～8°，平均傾角5°。工作面工業(yè)儲(chǔ)量91．5萬(wàn) t，可采儲(chǔ)量 86．9 萬(wàn) t，回采率 95%。

1．2 工作面涌水量及瓦斯涌出量

1)工作面回采期間，正常涌水量約35 m3/h，最大涌水量約100 m3/h。

2)絕對(duì)瓦斯涌出量為45 m3/min。

2 巷道布置及超前支護(hù)

2．1 巷道布置

工作面由軌道順槽、皮帶順槽及切眼組成，同時(shí)考慮到高瓦斯的影響，為其施工了高位抽巷、低位抽巷。其中，兩順槽長(zhǎng)度均為1 200 m，采用矩形斷面，其寬度 4．5 m，高度 3．5 m，面積 15．7 m2;切眼長(zhǎng)度206 m，寬度9．0 m，高度3．5 m;均采用全錨支護(hù)。高位抽巷沿7#煤頂板施工，采用半圓拱斷面，面積8．89 m2;低位抽巷沿9#煤頂板施工，采用梯形斷面，面積12．09 m2;高、低位抽巷均貫穿工作面走向長(zhǎng)度。

2．2 超前支護(hù)

超前支護(hù)采用戴帽單體柱進(jìn)行超前支護(hù)。柱帽采用鐵質(zhì)柱帽，規(guī)格為長(zhǎng)600 mm的7#“π”型梁，其長(zhǎng)邊平行于工作面。具體支護(hù)形式：從工作面煤壁算起，10 m范圍內(nèi)沿順槽方向每米打設(shè)3根戴帽單體柱進(jìn)行支護(hù)，貼幫柱距其側(cè)巷道兩幫0．45 m，皮帶順槽柱距分別為1．5 m，2．1 m;軌道順槽的柱距均為1．8 m。10 m以外沿順槽方向每米打設(shè)2根戴帽單體柱進(jìn)行支護(hù)，貼幫柱距其側(cè)巷道幫0．45 m，皮帶順槽、軌道順槽柱距均為3．6 m。超前支護(hù)距離均不小于20 m，并留有高不低于1．8 m、寬0．7 m的人行道。

3 工作面回采方法及其設(shè)備選型

3．1 工作面回采方法

工作面采用單一走向傾斜長(zhǎng)壁后退式全部垮落綜合機(jī)械化開(kāi)采。其工藝流程為：割煤→移架→推溜。進(jìn)刀方式采用端部割三角煤斜切進(jìn)刀，雙向割煤，前滾筒沿頂板割頂煤，后滾筒沿底板割底煤，截深915 mm，本架操作，追機(jī)作業(yè)。由于工作面采高高于兩順槽高度，所以采煤機(jī)割至機(jī)頭機(jī)尾時(shí)，工作面頂板到兩順槽頂板必須有一過(guò)渡段，以滿(mǎn)足液壓支架支護(hù)及運(yùn)輸機(jī)的使用要求。

3．2 工作面設(shè)備配備及其特點(diǎn)

1)采煤機(jī)采用太原礦山集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的MG500/1200－WD，其特點(diǎn)為：a)總體結(jié)構(gòu)為多電機(jī)橫向抽屜式布置的主機(jī)框架結(jié)構(gòu)，組裝、更換方便。b)牽引方式采用機(jī)載交流變頻調(diào)速銷(xiāo)軌式無(wú)鏈牽引，最大速度可達(dá)12．8 m/min。c)大功率、高電壓、大截深，即裝機(jī)功率為1 130 kW，采用3 300 V電壓，截割深度915 mm。d)控制系統(tǒng)科學(xué)化：控制系統(tǒng)采用PLC可編程控制器進(jìn)行各種動(dòng)作的控制。e)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)直觀化：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用工業(yè)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)恒功率自動(dòng)控制，數(shù)據(jù)記錄、回收和處理，并提供中文界面顯示各種參數(shù)和運(yùn)行狀況。

2)刮板輸送機(jī)采用山西煤礦機(jī)械制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)的SGZ900/1050，其特點(diǎn)為：高電壓，運(yùn)輸能力強(qiáng)、功率大，即電壓為 3 300 V，運(yùn)輸能力為2 000 t/h，功率為1 050 kW。

3)轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)分別采用山西煤礦機(jī)械制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)的SZZ－900/315及PCM200型，其特點(diǎn)分別為裝載能力強(qiáng)、破碎效果好，功率大。

4)支架采用鄭州四維機(jī)電設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的 ZY9600/25．5/55，ZYG9600/25．5/55，ZYT9600/25．5/55分別作為工作面的端頭架、過(guò)渡架和基本支架。其特點(diǎn)為：工作阻力大，其值為9 600 kN，最小支撐高度為2．55 m，最大支撐高度5．5 m。

4 工作面出現(xiàn)問(wèn)題及其對(duì)策

+860 m水平為高瓦斯區(qū)域，28202工作面為+860 m水平首采工作面，該礦第一個(gè)大采高工作面，回采過(guò)程中出現(xiàn)了其特有的問(wèn)題，即瓦斯高、工作面片幫竄矸、刮板運(yùn)輸機(jī)“上竄下滑”，對(duì)此該礦采取了針對(duì)性措施，收到了良好的效果。

4．1 高瓦斯的治理

工作面回采時(shí)采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，采用本煤層、高位抽巷、低位抽巷及上隅角、采空區(qū)抽采。通過(guò)回采實(shí)測(cè)，抽采量24 m3/min。其中，本煤層4．62 m3/min，高位抽巷 14．16 m3/min，低位抽巷 3．54 m3/min，上隅角 0．84 m3/min，采空區(qū) 0．84 m3/min，抽采率達(dá)到53．33%。利用地面瓦斯抽采泵對(duì)低位抽巷、本煤層進(jìn)行高濃度、高負(fù)壓抽采。利用井下移動(dòng)泵對(duì)上隅角埋管、采空區(qū)、高位抽巷進(jìn)行大流量、低負(fù)壓抽采。高、低位抽采巷采用封閉巷道埋管方式抽采。

通過(guò)多管齊下，抽采與通風(fēng)相結(jié)合的綜合性措施，避免了瓦斯對(duì)安全生產(chǎn)的制約(上隅角最大瓦斯?jié)舛葹?．45%)，充分發(fā)揮大采高工作面大功率設(shè)備的能力，每班能按正規(guī)循環(huán)作業(yè)，圓班原煤產(chǎn)量最大可達(dá)到15 000 t。

4．2 工作面片幫竄矸

煤壁片幫竄矸的幾率隨采高的增大而增大，直接影響著工作面的頂板管理，危及作業(yè)人員的安全。因此，采取以下措施：

1)因工作面支架有兩級(jí)護(hù)幫板，總長(zhǎng)度1．9 m，采煤機(jī)通過(guò)前，超前1～2架將其收回;采煤機(jī)割煤后，及時(shí)將其打開(kāi)，以此作為防止片幫及竄矸的重要措施。

2)加強(qiáng)頂板壓力監(jiān)測(cè)，確保支架初撐力。對(duì)工作面的壓力實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，在周期來(lái)壓期間，加強(qiáng)支架初撐力，確保支架接頂嚴(yán)實(shí)，防止頂部壓力傳遞于煤壁，造成片幫竄矸。

3)在支架立柱之間安裝擋矸板，阻擋煤壁向架間內(nèi)竄矸傷人。擋矸板采用5 mm厚鋼板加工成內(nèi)板與外板兩部分，外板兩側(cè)焊接d20 mm圓鋼與立柱內(nèi)側(cè)焊接的鋼管相固定，每架安裝一個(gè)。內(nèi)板可在外板的滑動(dòng)槽內(nèi)滑動(dòng)形成“抽屜式”，以此根據(jù)采高調(diào)整擋矸板的高度，確保擋矸效果。

4．3 刮板運(yùn)輸機(jī)的“上竄下滑”

4．3．1 “上竄下滑”危害性

工作面在初采時(shí)，刮板輸送機(jī)出現(xiàn)明顯的下滑，一度導(dǎo)致工作面無(wú)法正常生產(chǎn)，其主要危害表現(xiàn)為：

1)機(jī)尾安全出口不暢通，機(jī)頭轉(zhuǎn)載機(jī)緊貼采煤幫，無(wú)法推移，為了保證出口暢通，裝載機(jī)能正常推移，需對(duì)皮帶順槽的采煤幫、軌道順槽的保險(xiǎn)幫進(jìn)行擴(kuò)幫，既增大了工作量，又留下了安全隱患。

2)運(yùn)輸機(jī)與裝載機(jī)搭接不合理，造成卸載困難，運(yùn)輸機(jī)拉回煤，使負(fù)荷增大，甚至造成斷鏈?zhǔn)鹿?，影響安全生產(chǎn)。

3)導(dǎo)致工作面機(jī)頭端頭懸頂面積大，為兩端頭支護(hù)帶來(lái)困難。

4)引起支架推拉桿與運(yùn)輸機(jī)之間不垂直，產(chǎn)生一夾角，推移支架過(guò)程中因支架底座變向，極易擠壞電纜、管路等，影響正規(guī)循環(huán)。

4．3．2 控制“上竄下滑”措施

1)工作面?zhèn)蝺A斜開(kāi)采。

通過(guò)實(shí)踐，偽傾斜開(kāi)采，即使工作面上下端頭相差一定距離，也能控制刮板運(yùn)輸機(jī)上竄下滑，是較有效的措施。其原理如下：

a)工作面采用偽斜開(kāi)采后，使工作面傾角變小，降低了下滑力，同時(shí)增加了阻止刮板輸送機(jī)下滑的力，從而減少了刮板輸送機(jī)所受的下滑力。

b)將工作面調(diào)成偽斜回采，使推移千斤頂推輸送機(jī)時(shí)給輸送機(jī)一個(gè)傾斜向上的力，防止了輸送機(jī)下滑。

c)正?；夭蓵r(shí)，工作面始終保持偽傾斜，可有效控制運(yùn)輸機(jī)的下滑。當(dāng)工作面下端頭超前上端頭距離過(guò)多時(shí)，將造成刮板運(yùn)輸機(jī)上竄;當(dāng)工作面下端頭超前上端頭距離不足或下端頭滯后上端頭時(shí)，將造成刮板輸送機(jī)下滑。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，工作面調(diào)斜距離為：

式中：S—調(diào)斜距離，m;

L—工作面長(zhǎng)度，m;

?—工作面傾角。

2)正確的施工工藝。

進(jìn)入工作面后，每班注意觀察運(yùn)輸機(jī)動(dòng)向，積極控制。若發(fā)現(xiàn)略微有上竄趨勢(shì)，即采煤機(jī)向上端頭割煤過(guò)程中，只拉移支架不推移運(yùn)輸機(jī)，待采煤機(jī)在機(jī)頭錯(cuò)刀后，由機(jī)頭向機(jī)尾推移運(yùn)輸機(jī)，但采煤機(jī)向下端頭割煤時(shí)，按正常循環(huán)進(jìn)行;若發(fā)現(xiàn)略微有下滑趨勢(shì)時(shí)，則相反。若發(fā)現(xiàn)上竄下滑相對(duì)明顯時(shí)，除采用上述措施外，并將頭尾按比例推進(jìn)來(lái)控制。

5 結(jié)論和建議

通過(guò)28202工作面的回采實(shí)踐，可以看出，大采高高瓦斯工作面能夠按正規(guī)循環(huán)作業(yè)，環(huán)節(jié)無(wú)影響的情況下，產(chǎn)量及效益明顯。就本工作面而言，日產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了原來(lái)+973m水平2#、4#、9#煤3個(gè)綜采面的合計(jì)日產(chǎn)能力，同時(shí)也緩解了原煤拉運(yùn)緊張的局勢(shì)，不但為該礦產(chǎn)量的大幅度提升提供了保障，而且提高了資源的回收率。但是為實(shí)現(xiàn)大采高高瓦斯綜采工作面的順利回采，充分發(fā)揮大采高工作面的產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)，需重點(diǎn)把握以下四個(gè)方面：

1)瓦斯治理。對(duì)高瓦斯工作面而言，瓦斯無(wú)疑是影響生產(chǎn)的重要因素，一旦得不到根本性治理，不但影響礦井產(chǎn)量，甚至造成重大事故。通過(guò)此工作面對(duì)瓦斯的治理，效果明顯，走出了一條“以抽采為主，通風(fēng)為輔”的綜合治理瓦斯之路。

2)機(jī)械設(shè)備的管理。機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)作是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量的必要條件，對(duì)大采高工作面尤為明顯，其所用的設(shè)備全部為大功率、現(xiàn)代化的設(shè)備。

3)運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)化。運(yùn)輸系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)大采高工作面單產(chǎn)高效的基礎(chǔ)。從工作面運(yùn)輸機(jī)到選煤廠洗選皮帶機(jī)，運(yùn)輸能力應(yīng)該逐級(jí)加大，才能使工作面正常生產(chǎn)。

4)人員素質(zhì)的提高。職工是企業(yè)的根本，職工素質(zhì)是企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。針對(duì)高瓦斯大采高工作面，全新的現(xiàn)代化的大型設(shè)備需要工作人員的維護(hù)、保養(yǎng)、操作;大采高工作面的回采工藝要求崗位人員熟練掌握;高瓦斯的治理技術(shù)需要進(jìn)一步完善，所以職工的專(zhuān)業(yè)水平和綜合素質(zhì)必須提高，才能服務(wù)于安全生產(chǎn)。