紅菱煤礦大采高綜采面的研究與應(yīng)用

蘇玉明

摘 要：沈陽煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司的12#煤層為主采煤層，平均厚度在5.5米左右，在以前的開采中也有采用過大采高支架，但是由于種種原因，沒有成功。從2008年開始，在紅菱煤礦西二區(qū)1201工作面進(jìn)行了大采高綜采面的開采工作，這在紅菱礦的歷史上是第一次。通過優(yōu)化工作面設(shè)計(jì)、優(yōu)化綜采設(shè)備選型、優(yōu)化勞動組織，基本實(shí)現(xiàn)了一次采全高，達(dá)到“一井一面”的目的，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：大采高；綜采面；研究；應(yīng)用；效益

1 礦井概況

沈陽煤業(yè)集團(tuán)紅菱煤礦有限責(zé)任公司，礦井位于沈陽市蘇家屯區(qū)紅菱堡鎮(zhèn)。地理座標(biāo)：東經(jīng)123°18′ 26 ″；北緯41°33′ 08 ″，北距沈陽32公里；西距遼陽30公里。沈大高速公路從井田東北部穿過，鐵路專用線約6.4公里在林盛堡站與長大鐵路接軌，交通四通八達(dá)，十分便利。

井田走向長11.2公里，傾斜寬1.5公里，井田面積18.662平方公里。

2 工作面概況

2.1 位置概況

西二區(qū)1201工作面位于西二區(qū)上部，1201工作面開切眼以北，設(shè)計(jì)采止線以南，采場上部為未開采區(qū)。1201工作面與1202工作面保護(hù)煤柱11m，下部為1202工作面采空區(qū)。工作面上限標(biāo)高為-646.694 m，下限標(biāo)高為-673.384m。工作面開切眼至設(shè)計(jì)采止線走向長度為600m，傾斜長度（平均）為196m。地表為旱田、高壓線。地表標(biāo)高為+24.8～+26.2m。

2.2 構(gòu)造情況

1201工作面實(shí)見斷層三條，F(xiàn)1逆斷層，傾向89°，傾角20-42°，落差1.8m；F2正斷層，傾向55°，傾角50°，落差0.5m；F3逆斷層，傾向338°，傾角40°，落差0.5m。F1斷層對回采影響較大，F(xiàn)2、F3斷層對回采會造成一定影響，在回采過程中可能還會出現(xiàn)其它一些中小構(gòu)造。

2.3 煤層情況

該區(qū)十二煤為復(fù)合煤層，其中12-1煤厚0.9～1.2m，平均厚1.0m；夾矸泥巖厚0.7～1.2m，平均厚0.9m；；12-2煤厚1.2～2.4m，平均厚1.8m；夾矸厚0.4m；12-3煤平均厚0.4m。煤層傾向3?～230°，煤層傾角3?～10?，平均傾角5?。

2.4 煤層頂?shù)装迩闆r

該區(qū)十二煤煤層直接頂板為灰黑色海相泥巖，節(jié)理發(fā)育，厚約10m（直接頂板有1～2m泥巖，層節(jié)理發(fā)育，易垮落）。煤層直接底板為黑色粉砂巖，含有植物化石，厚1.8m。

2.5 火成巖情況

工作面內(nèi)有3條火成巖體，均呈巖墻狀產(chǎn)出。

（1）號巖體走向120?，巖墻寬1.8～3.0m；

（2）號巖體走向124?，巖墻寬3.4～4.0m；

（3）號巖體走向125?，巖墻寬1.0～1.5m。

3 主要設(shè)備選型

3.1 液壓支架的選型

根據(jù)工作面煤層賦存及頂板情況，煤層最大厚度5.5米，最小厚度3.6米，平均4.5米。故選用支架高度應(yīng)為3.4-5.5米。12煤頂板為泥巖，節(jié)理發(fā)育，破碎，壓力較大，考慮支架初撐力與頂板壓力相適應(yīng)，支架結(jié)構(gòu)與煤層賦存條件相適應(yīng)，支撐高度與工作面采高相適應(yīng)，以及工作面護(hù)幫控頂與煤質(zhì)相適應(yīng)等多種因素，經(jīng)過頂板載荷計(jì)算，選用ZY8640/25.5/55型掩護(hù)式液壓支架。

3.2 采煤機(jī)的選型

由于是一次性采全高，煤層最厚時(shí)有5.6米，所以要求采煤機(jī)要有足夠大的采高；同時(shí)煤層中有夾矸，又要要求采煤機(jī)能適應(yīng)煤質(zhì)硬度，經(jīng)過考察，選用MG500/1130-WD型雙滾筒采煤機(jī)。

3.3 運(yùn)輸機(jī)的選型

由于工作面采高大，出貨量大，所以要求運(yùn)輸機(jī)要具有足夠的運(yùn)輸能力，滿足與綜采支架、采煤機(jī)的配套要求。經(jīng)過考察，選用SGZ800/1050型運(yùn)輸機(jī)。

3.4 對設(shè)備選型的綜合評定

通過對以上綜采設(shè)備的技術(shù)參數(shù)和本礦煤層賦存情況相結(jié)合進(jìn)行綜合分析，以上設(shè)備能滿足生產(chǎn)需要。

4 工作面開采技術(shù)

4.1 工作面開采方式

西二區(qū)1201工作面開采方式為傾向長壁后退式開采，全部垮落法處理采空區(qū)。

4.2 工作面勞動組織及割煤、移架操作技術(shù)

（1）根據(jù)我礦現(xiàn)狀，確定工作面采用“雙九一六”作業(yè)制，即兩班采煤，一班檢修，受主提系統(tǒng)的限制，每小班割煤兩刀，進(jìn)度1.6米，圓班割煤四刀。

（2）工作面采煤機(jī)采用中部斜切進(jìn)刀割三角刀方式，雙向割煤。割煤時(shí)能過控制采高最高不超過5.3米， 最低不低于3.5米，以保證支架有效支護(hù)頂板，保證有足夠的行人空間及過機(jī)高度。根據(jù)膠帶運(yùn)輸機(jī)的最小運(yùn)輸能力，通過控制采煤機(jī)的牽引速度，防止因落煤能力過大造成壓溜、涌煤等事故的發(fā)生。

（3）采煤過程中要保持采煤機(jī)滾筒位置的相對穩(wěn)定，保證割出的頂?shù)装迤秸?，保證工作面支架的架型，運(yùn)輸機(jī)的平穩(wěn)。割煤、推溜、移架要做到三直，即煤壁直、刮板運(yùn)輸機(jī)直、支架直。

（4）工作面支架采用本架控制。工作面支架共兩級護(hù)幫裝置，護(hù)幫高度可達(dá)到2.1米。

（5）工作面移架為分段追機(jī)作業(yè)，移架滯后采煤機(jī)后滾筒不少于4個(gè)支架，嚴(yán)禁同時(shí)將兩個(gè)支架降架。在開采過程中要及時(shí)調(diào)整工作面的采向，防止刮板運(yùn)輸機(jī)和支架出上竄下滑現(xiàn)象。移架過程中要合理使用好支架的側(cè)護(hù)板裝置對支架進(jìn)行及時(shí)的調(diào)斜，防止出現(xiàn)倒架、擠加、咬架現(xiàn)象。

（6）堅(jiān)持正規(guī)的操作，移架前要拉線，確保支架的初撐力、間隙符合規(guī)程要求，兩架間的側(cè)護(hù)板錯(cuò)茬不在于側(cè)護(hù)板高度的2/3，防止出現(xiàn)壓架、咬架、擠架現(xiàn)象。

4.3 工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶技術(shù)

4.3.1 工作面過斷層技術(shù)

從地質(zhì)說明書中獲取資料知道，本工作面最大落差的斷層為1.8米，由于工作面的采高較大，所以此斷層對工作面回采基本沒有較大影響。但是在過斷層期間，頂板破碎，煤幫容易片幫，我們采打貼幫柱的作法，即對煤幫進(jìn)行了維護(hù)，也對頂板起到了良好的作用。在過較大斷層的時(shí)候，如過正斷層時(shí)，我們采取抓住斷層下盤頂板，破上盤頂板使破完后的頂板與下盤頂板一齊，保證頂板的平整；在保證頂板完整的同時(shí)破少量的下盤底板或不破直接留底煤，只要采煤機(jī)能完整通過就可以了，以保證采煤機(jī)軌道即刮板運(yùn)輸機(jī)的平穩(wěn)過渡及架型。過逆斷層時(shí)，我們采取抓住斷層上盤頂板，破下盤頂板使破完后的頂板與上盤頂板一齊，保證頂板的平整；同時(shí)破少量的上盤底板或不破直接留底煤，保證刮板運(yùn)輸機(jī)的平穩(wěn)及支架的架型。

當(dāng)斷層與工作面煤壁夾角較小時(shí)，根據(jù)斷層的產(chǎn)狀，我們在保證運(yùn)輸機(jī)及支架不上竄下滑的前提下，提前對工作面進(jìn)行調(diào)采，調(diào)整工作面的采向，使工作面與斷層的夾角增大，減少斷層在工作面一次的暴露距離，保證工作面平穩(wěn)逐段的通過斷層。

4.3.2 工作面過火成巖技術(shù)

工作面內(nèi)有3條火成巖體，均呈巖墻狀產(chǎn)出。

（1）號巖體走向120?，巖墻寬1.8～3.0m；

（2）號巖體走向124?，巖墻寬3.4～4.0m；

（3）號巖體走向125?，巖墻寬1.0～1.5m。

工作面過火成巖我們采用爆破落巖，采煤機(jī)裝巖方式強(qiáng)行通過。具體措施如下：

（1）根據(jù)工作面地質(zhì)預(yù)報(bào)書，提前將要過巖石段的支架高度即采高降下來，保證采煤機(jī)機(jī)身能順利通過就行，但要保證和正常段的坡度差控制在運(yùn)輸機(jī)水平彎曲角度（3°）的允許范圍內(nèi)，底板的坡度要緩慢平穩(wěn)過渡，沿工作面推進(jìn)方向的坡度要控制在7°以下，即工作面支架可最大傾斜角度。

（2）對巖石段采用超前打眼爆破的方法，使巖石段超前不落后，保證“三直”。打眼、爆破一遍巖石眼（1.6m）即割煤兩個(gè)循環(huán)。根據(jù)巖石最小抵抗線確定眼距為0.3m，一次爆破兩個(gè)支架（3.5m），在爆破時(shí)要用廢舊的皮帶配合礦制的大拌子，大拌子設(shè)在采空區(qū)側(cè)，來保護(hù)好工作面的支架立住、操作手柄、管線等其它設(shè)備，確保爆破時(shí)不受損壞。

5 工作面設(shè)備管理及小改小革

5.1 綜采工作面設(shè)備管理

綜采工作面機(jī)電設(shè)備不運(yùn)轉(zhuǎn)，人有再大的本事也達(dá)不到高產(chǎn)高效，只有馬達(dá)一開才能烏金萬兩。綜采小修班每天都要進(jìn)行備件清點(diǎn)工作，時(shí)刻滿足5%的備件。綜采機(jī)械電氣設(shè)備下井之前就要檢查、檢修、試運(yùn)轉(zhuǎn)，我們綜采隊(duì)出專人對采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、液壓支架及串車都要進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的檢查，大到采煤機(jī)，小到串車變壓器上的低饋頭，我們都指派專人跟蹤到底，確保所有的機(jī)械設(shè)備到工作地點(diǎn)就能正常使用。我們把各種機(jī)械、電氣設(shè)備的原理圖紙、零配件圖紙都進(jìn)行了復(fù)印，分發(fā)到專人手中，利用班前時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)一的理論培訓(xùn)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，分包到人頭，責(zé)任明確落到實(shí)處。明天需要檢修的活今天就要做出計(jì)劃，再根據(jù)當(dāng)天生產(chǎn)班反映上來的實(shí)際生產(chǎn)情況，重點(diǎn)展開工作，在具體檢修工作中，小到一顆螺絲釘扭沒有扭緊都有專人負(fù)責(zé)，從而為生產(chǎn)提供了良好的硬件條件，確保了機(jī)械設(shè)備的開機(jī)率。平均每天20個(gè)生產(chǎn)小時(shí)，就能有16.5個(gè)小時(shí)是在進(jìn)行生產(chǎn)，開機(jī)率達(dá)到了82.5%，為確保實(shí)現(xiàn)“百萬噸”目標(biāo)創(chuàng)造了有利的環(huán)境。

5.2 綜采工作面小改小革

1201工作面認(rèn)真作好機(jī)電檢修工作，對設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行分析，對影響生產(chǎn)的地方進(jìn)行改進(jìn)，大的增加了設(shè)備的生產(chǎn)能力。例如工作面在開始回采時(shí)，運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭電機(jī)、機(jī)尾電機(jī)串入同一臺移動變壓器中，運(yùn)輸機(jī)重載起動時(shí)，移動變壓器電壓由6300V降到5000V，電流達(dá)到270A，運(yùn)輸機(jī)重載起動困難，容易壓住運(yùn)輸機(jī)，后經(jīng)改造，將運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭電機(jī)接到1250KW移動變壓器，將機(jī)尾電機(jī)接到800KW移動變壓器，這樣在運(yùn)輸機(jī)重載起動時(shí)，移動變壓器電壓由6300V降到6000V，電流達(dá)到200A，運(yùn)輸機(jī)重載起動容易，運(yùn)輸機(jī)壓住現(xiàn)象減少，同時(shí)在兩臺移動變壓器上加互鎖裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)頭電機(jī)停電，機(jī)尾也停電；機(jī)尾電機(jī)停電，機(jī)頭電機(jī)停電。大大提高了機(jī)電設(shè)備的可靠性。

6 綜采工作面瓦斯治理

由于本礦是煤與瓦斯突出礦井，在1201工作面的生產(chǎn)中，又是高瓦斯區(qū)域，工作面瓦斯大，我們采取了打釋放孔措施，進(jìn)行瓦斯排放，深度為9米，間距為1米時(shí)，不能滿足生產(chǎn)需要，就將間距縮小至0.75 米，還是不能滿足，再縮小到0.5米，至此達(dá)到了釋放煤體瓦斯的要求。另外我們還充分利用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)手段，利用瓦斯比重小，輕的特點(diǎn)，建立了兩套抽放系統(tǒng)，抽排工作面上隅角的瓦斯。在上順槽每隔20米打一個(gè)鉆窩，然后利用鉆機(jī)向工作面上隅角空區(qū)高點(diǎn)（冒落帶范圍內(nèi)）方向施工鉆孔對上隅角空區(qū)的瓦斯進(jìn)行抽放。我們利用上順槽中部的抽放巷施工垂直于工作面的高位千米鉆孔直接打在老頂內(nèi)，等初次來壓老頂冒落后，抽排瓦斯，使工作面的瓦斯不超限，滿足了安全生產(chǎn)條件。利用抽放平巷對綜采工作面進(jìn)行尾抽為綜采工作面的高產(chǎn)高效，提供了有利的技術(shù)保障。

7 綜采工作面防塵措施

因?yàn)楣ぷ髅娴牟筛叽?，所以煤塵管理也是一項(xiàng)非常重要的工作，我們除了通過采煤機(jī)的內(nèi)、外噴霧及每個(gè)支架的噴霧進(jìn)行外部除塵外，還對煤體進(jìn)行了注水消塵工作，我們在煤壁的軟分層中，每隔6m打一個(gè)φ42mm眼深6米的鉆孔，使用專用的注水封孔器，將噴霧泵調(diào)整好壓力來進(jìn)行注水降塵工作。通過檢驗(yàn)，由原來的70mg/m3降到了30 mg/m3，有效的防止了煤肺病的發(fā)生，降低了得職業(yè)病的概率，取得了良好的除塵效果。

8 綜采工作面開采效果

工作面的初次來壓及周期來硬度

1201大采高工作面開采以來，認(rèn)真分析大采高工作面的開采技術(shù)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，工作面經(jīng)過了初次來壓、周期壓；處理過片幫、漏頂事故，基本上取得了大采高工作面的成功開采。

初次來壓：工作面運(yùn)輸順槽推進(jìn)18米，回風(fēng)順槽推進(jìn)22米，工作面35號支架到60號支架、75號支架到112號支架頂板抻開，工作面初次來壓。初次來壓距離平均為20米左右。

周期來壓：工作面運(yùn)輸順槽推進(jìn)39米，回風(fēng)順槽推進(jìn)43.5米，工作面平均推進(jìn)41.25米，工作面81號支架到89號支架頂板抻開，13號支架到30號支架、81號支架到98號支架片幫嚴(yán)重，工作面周期來壓。周期來壓步距為21米左右。

處理片幫、漏頂事故：1201工作面運(yùn)輸順槽推進(jìn)140.4米，回風(fēng)順槽推進(jìn)138米，由于老頂來壓，工作面20號支架到53號支架、漏頂事故，在礦領(lǐng)導(dǎo)的跟班組織下，經(jīng)過綜采隊(duì)的努力奮斗，3月6日工作面正?；夭桑ㄟ^這次事故，我們總結(jié)出人工開幫，及時(shí)剎頂打貼幫柱，能夠很好的防止片幫，冒頂事故，3月9日工作面 66號支架到73號支架發(fā)生漏頂事故，采用這種方法，很好的解決了片幫引起的漏頂事故，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

9 大采高工作面開采過程中存在的優(yōu)缺點(diǎn)

9.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）液壓支架的推拉缸采用倒置式，布置合理，生產(chǎn)以來至今沒有損壞現(xiàn)象發(fā)生。

（2）液壓支架進(jìn)回液管路布置在四連桿上，拆裝方便。

（3）液壓支架大柱不用撥加長段，減少工作環(huán)節(jié)。

（4）產(chǎn)量大，工作面連續(xù)作業(yè)時(shí)間長，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，提升礦井的安全水平。

9.2 不足

（1）采煤機(jī)割煤高度只有4.4米，在煤厚的情況下留底煤較多，浪費(fèi)資源；在有頂煤的時(shí)候挑頂困難，頂板上粘接的煤靠自然垮落來管理，有時(shí)會留頂煤，對頂板管理及防火存在隱患問題。

（2）護(hù)幫板寬度較小，沒有側(cè)護(hù)裝置，當(dāng)煤壁松軟時(shí)，護(hù)幫板間容易漏貨，從面使懸頂面積加大，增加頂板管理的難度。

（3）當(dāng)煤壁片幫貨多時(shí)，運(yùn)輸機(jī)重載起動能力不足。