佐江宏

（山西潞安集團(tuán)五陽煤礦，山西省長(zhǎng)治市，046000）

五陽煤礦大傾角松軟煤層綜放俯采關(guān)鍵技術(shù)?

佐江宏

（山西潞安集團(tuán)五陽煤礦，山西省長(zhǎng)治市，046000）

采用理論分析、數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法分析了五陽煤礦7522大傾角俯采綜放工作面礦壓顯現(xiàn)特征，對(duì)大傾角俯采工作面設(shè)備防滑配置、采煤工藝選擇、設(shè)備穩(wěn)定性控制、頂板控制技術(shù)、安全技術(shù)措施、工作面排水設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，介紹了具體實(shí)施措施。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

松軟煤層 大傾角 俯采 綜放開采

大傾角松軟煤層由于煤層強(qiáng)度低，承載能力弱，加上煤層傾角大，工作面開采時(shí)易出現(xiàn)煤壁片幫、端面冒頂、設(shè)備失穩(wěn)等問題，目前對(duì)大傾角松軟煤層綜放開采的研究較多。而大傾角俯采增加了走向方向的角度，給工作面頂板管理、設(shè)備控制等帶來更多問題。國(guó)內(nèi)目前大傾角俯采以綜采工作面居多，俯采工作面存在設(shè)備穩(wěn)定性差、裝煤效果差、工作面竄矸、人員安全、轉(zhuǎn)載機(jī)及膠帶機(jī)尾的下滑等問題。目前針對(duì)大傾角俯采綜放工作面的研究實(shí)例很少，本文將以五陽煤礦3#煤層7522綜放工作面開采為例，總結(jié)大傾角松軟煤層綜放俯采關(guān)鍵技術(shù)。

1　工程概況

五陽煤礦7522工作面位于+600 m水平75采區(qū)，主采山西組中下部3#煤層，煤厚6.14～6.40 m，采高為3.0 m，地面標(biāo)高為850～886 m，工作面標(biāo)高為350～445 m，工作面煤巖層巖性特征見表1。工作面傾斜長(zhǎng)度為255 m，工作面切眼沿頂板布置，切眼內(nèi)前后落差過大，煤層坡度起伏變化較大，切眼角度為6°～25°，回風(fēng)巷角度為-11°～18°，運(yùn)輸巷角度為-5°～25°。受礦山壓力影響，工作面頂板砂巖含水層中的水通過有效裂隙滲入到工作面，正常涌水量為45 m3/h，最大涌水量為90 m3/h。

表1　7522工作面煤巖層巖性特征

2　工作面礦壓顯現(xiàn)特征

大傾角俯采綜放工作面礦壓顯現(xiàn)特征與煤層傾角與俯采角大小是密切相關(guān)的。采用理論分析與數(shù)值模擬方法分析得到的五陽礦7522大傾角俯采綜放工作面礦壓顯現(xiàn)特征為工作面上端部卸壓范圍最大，上端頭破碎巖塊具有一定的下向運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，開采過程中可能造成支架上方空頂，引發(fā)支架下滑傾倒。俯采工作面采空區(qū)后部巖層卸壓范圍大，應(yīng)力釋放較前部明顯；工作面前部巖層卸壓范圍小，工作面前方支承壓力集中影響范圍要遠(yuǎn)大于后部。此外，對(duì)俯采工作面圍巖塑性區(qū)分布特征的研究表明，俯采有利于防止煤壁片幫。

五陽礦7522綜放工作面現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)結(jié)果表明，大傾角俯采工作面煤壁穩(wěn)定性較好，基本上沒有發(fā)生嚴(yán)重煤壁片幫問題，但初采期間架間架后頂板穩(wěn)定性較差。開采過程中，工作面上部頂板有冒空現(xiàn)象，底板發(fā)生了底鼓，且開采過程中架間漏矸、架后竄矸較為嚴(yán)重，矸石進(jìn)入了后部刮板輸送機(jī)溜槽，將后部刮板輸送機(jī)鏈子撐起，致使輸送機(jī)上漂無法拉近，如強(qiáng)行拖拉輸送機(jī)可導(dǎo)致溜槽等部件損壞。

3　7522工作面關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施

針對(duì)7522工作面具體條件，對(duì)工作面設(shè)備防滑配置、合理采煤工藝選擇、設(shè)備穩(wěn)定性控制、工作面頂板管理、工作面排水設(shè)計(jì)等進(jìn)行了研究并給出的具體措施，以確保工作面安全高效開采。

3.1 設(shè)備防滑配置

7522綜放工作面在傾向與走向方向均具有一定的角度，切眼角度最大為24°，最大俯采角為25°。理論分析與現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)均表明，工作面設(shè)備應(yīng)考慮防倒防滑配置。工作面主要配套設(shè)備為MG300/700-WD型采煤機(jī)，最大采高為3.94 m，截深為800 mm，臥底量為250 mm，適應(yīng)煤層硬度f≤4、煤層傾角±25°；布置166架ZFS-6000/ 17/33型液壓支架，額定工作阻力為6000 k N，初撐力為5232 k N，支撐高度為1.7～3.3 m，支護(hù)強(qiáng)度為0.79 MPa，適應(yīng)的煤層傾角為≤20°，配置雙活側(cè)護(hù)板，采用分體式底座、雙連桿結(jié)構(gòu)、大流量支架快速移架系統(tǒng)等防倒防滑裝置；配置前后兩部SGZ-830/800刮板輸送機(jī)，運(yùn)輸能力為1200 t/h，電機(jī)功率為800 k W，配備的防滑裝置為長(zhǎng)推移桿、斜拉千斤頂。工作面每間隔10架支架加裝一組牽拉后部刮板輸送機(jī)的斜拉千斤頂，防止后部刮板輸送機(jī)下滑，千斤頂一端與輸送機(jī)連接，另一端通過錨鏈與液壓支架底座相連，當(dāng)刮板輸送機(jī)下滑時(shí)，立即向防滑千斤頂供液、向上拉輸送機(jī)，控制其下滑。

3.2 采煤工藝選擇

7522工作面煤層傾角最大為25°，俯采角最大為25°，為控制設(shè)備穩(wěn)定性，保證裝煤效果，初采期間應(yīng)嚴(yán)格采用單向割煤工藝，即采煤機(jī)下行（自上而下）割煤、移架，上行（自下向上）清理浮煤、推移刮板輸送機(jī)，然后放煤，以提高煤炭資源回收率。正常推采期間，隨著7522工作面本身傾角的減小，加上工作面調(diào)偽斜進(jìn)一步減小工作面傾角，工作面推進(jìn)100 m后，工作面開始采用雙向割煤工藝。由于工作面是俯采，因此工作面找底板的過程不宜過快。由于是放頂煤工作面，在放煤時(shí)，作業(yè)人員必須站在放煤口上方躲避，嚴(yán)禁站在煤墻側(cè)或放煤口以下，防止矸石竄出傷人。支架間踏板改進(jìn)成階梯狀，在大坡度段安設(shè)行人輔助拉繩，防止人員行走滑倒。

3.3 設(shè)備穩(wěn)定性控制

為保持7522大傾角俯采工作面設(shè)備穩(wěn)定性，主要采取了如下技術(shù)措施：

（1）支架底座側(cè)部設(shè)計(jì)調(diào)底千斤。將7522綜放工作面機(jī)尾部分的57架中間架與機(jī)頭4架排頭支架均配置為帶調(diào)底千斤頂?shù)姆赖怪Ъ?，通過現(xiàn)場(chǎng)有效調(diào)整本支架與相鄰支架底座狀態(tài)，使各支架保持與刮板輸送機(jī)平行、與煤壁平行狀態(tài)，達(dá)到支架整體防滑防倒的目的。

（2）工作面調(diào)偽斜。在初采期間，將7522工作面回風(fēng)巷超前運(yùn)輸巷約10 m，一方面減小了工作面傾角，另一方面增加刮板輸送機(jī)的穩(wěn)定性，以消除刮板輸送機(jī)下滑對(duì)支架穩(wěn)定性的影響。

（3）為解決俯采采煤機(jī)行走及導(dǎo)向裝置損壞，將采煤機(jī)靠煤壁一側(cè)的平板滑靴加高50 mm，將導(dǎo)向滑靴提高10 mm，使采煤機(jī)的重心向采空區(qū)側(cè)偏移，減小采煤機(jī)傾斜角度，有效減緩或者防止采煤機(jī)傾倒及減少采煤機(jī)行走齒和滑靴的磨損。

（4）由于架間漏矸竄矸導(dǎo)致后部輸送機(jī)上漂，以至后部輸送機(jī)無法推移，解決的方法是及時(shí)清理支架和后部刮板輸送機(jī)間矸石；移架前應(yīng)及時(shí)拉回后部刮板輸送機(jī)，保持支架和后部刮板輸送機(jī)間最小距離；移架時(shí)，要及時(shí)使用側(cè)護(hù)板調(diào)架，控制各架間隙，防止間隙過大導(dǎo)致采空區(qū)竄矸；將后部輸送機(jī)鏈子緊實(shí)，防止巖石落入后部輸送機(jī)中將鏈子撐起；移架時(shí)應(yīng)帶壓擦頂，并要控制好降柱幅度，一般不超過100 mm；加強(qiáng)刮板輸送機(jī)檢修。

（5）回采時(shí)，加強(qiáng)工作面工程質(zhì)量管理，嚴(yán)格按照“四直、一平、兩暢通”進(jìn)行管理，初撐力達(dá)到規(guī)定要求。

3.4 工作面頂板控制

7522綜放工作面大傾角俯采時(shí)，易出現(xiàn)支架上方空頂?shù)葐栴}。解決方法是堅(jiān)持及時(shí)移架、帶壓移架，為減小支架空頂距，防止頂板快速下沉，有效減輕支架壓力，盡量做到少降快移，保證足夠的初撐力與支護(hù)阻力，避免出現(xiàn)支架歪斜、垛架現(xiàn)象。為了保證初撐力達(dá)到最佳有效狀態(tài)應(yīng)及時(shí)對(duì)支架進(jìn)行二次注液，要保證泵站有足夠的壓力。支架空頂時(shí)要用廢舊坑木、煤袋等接頂背實(shí)，并打好斜戧支柱，以加強(qiáng)支護(hù)。

3.5 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大傾角俯采工作面頂板富含裂隙水，開采過程中，工作面涌水易于在工作面下部積聚，若工作面排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不好，大量涌水不易排出時(shí)，將對(duì)工作面安全高效生產(chǎn)造成較大影響，因此必須做好俯采工作面疏放水管理。為解決7522工作面排水問題，特針對(duì)其排水系統(tǒng)進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)。

（1）涌水量預(yù)計(jì)。雖然工作面已進(jìn)行了頂板疏放水，共計(jì)放水量約為50000 m3，但回采中仍將有大量涌水。預(yù)計(jì)工作面正常涌水量為45 m3/h，最大涌水量為90 m3/h。

（2）排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。7522工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷均為“V”字形巷道，中部低外部高，且回風(fēng)巷高，運(yùn)輸巷低，因此排水系統(tǒng)主要以運(yùn)輸巷為主。兩巷低洼處接水泵排至排水硐。在運(yùn)輸巷低洼處共設(shè)置3個(gè)排水硐，一個(gè)“U”型水倉，編號(hào)由外向里依次為1#、2#、3#、4#，其中2#、3#、4#排水硐容量均為43.2 m3；1#水倉容量640 m3。

（3）水泵選型。運(yùn)輸巷1#U型水倉處各安裝兩臺(tái)BQS40-80-22/N型水泵，2#、3#、4#排水硐共安裝3臺(tái)BQS40-80-22/N型水泵，備用1臺(tái)。工作面低洼處設(shè)置一臺(tái)BQS50-120-37/N型水泵，一臺(tái)BQS40-80-22/N型水泵備用，隨工作面推進(jìn)而前移，必要時(shí)可兩臺(tái)泵同時(shí)開啟。BQS40-80-22/N型水泵額定流量40 m3/h，揚(yáng)程80 m。

（4）排水管路。選用外徑?100 mm的水管作為排水管。考慮到清挖或緊急情況時(shí)排水管路可以滿足排水要求，在運(yùn)輸巷內(nèi)鋪設(shè)兩趟外徑?100 mm排水管路。兩巷沿線各排水硐安裝的水泵全部采用三通與排水系統(tǒng)管路相連接。7522回風(fēng)巷排水硐至75-5#區(qū)段水倉安設(shè)兩趟排水管路，滿足正常涌水量的排水需要。排水線路為7522運(yùn)輸巷→75 -5#區(qū)段水倉→主五帶式輸送機(jī)尾水倉；7522回風(fēng)巷→75-5#區(qū)段水倉→主五帶式輸送機(jī)尾水倉；工作面→7522運(yùn)輸巷排水硐→7522運(yùn)輸巷U型水倉→75-5#區(qū)段水倉→74候車室水溝→南大巷水溝。

4　結(jié)語

自7522大傾角綜放俯采工作面開采以來，通過合理的工作面設(shè)備防滑配置，采煤工藝選擇、設(shè)備穩(wěn)定性控制技術(shù)、頂板穩(wěn)定性控制技術(shù)、工作面排水設(shè)計(jì)等，有效解決了工作面支架下滑傾倒事故、輸送機(jī)上竄下滑上漂、架間架后竄矸等問題，有效保證了工作面安全高效生產(chǎn)。雖然大角度俯采時(shí)工作面淋水比較大，但基本上均能夠有效排出。五陽礦在大傾角俯采綜放開采技術(shù)方面取得了有益探索，積累了一些較好的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果， 將為本礦區(qū)內(nèi)的大傾角俯采綜放工作面安全高效開采提供借鑒。

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（責(zé)任編輯 張毅玲）

Study on key technology of underhand mining in fully mechanized caving face with large dip angle in soft coal seam in Wuyang Coal Mine

Zuo Jianghong
（Wuyang Coal Mine，Lu＇an Group Co.，Ltd.，Changzhi，Shanxi 046000，China）

Using theorial analysis，numerical simulation and field measurement method，the characteristics of strata behaviors in 7522 underhand full-mechanized caving face with large dip angle in Wuyang Coal Mine were analyzed，and the key technical problems such as antiskid configuration，mining method selection，equipment stability control，roof control technology，safety technology measures and drainage design in working face were studied，then the concrete implementation measures of above problems were introduced.By field application，it had achieved good technical and economic benefits.

soft coal seam，large dip angle，underhand mining，fully mechanized caving mining

TD823.83

A

天地科技技術(shù)創(chuàng)新基金（KJ-2015-TDKC-02）

佐江宏（1970-），男，山西壺關(guān)人，工程師，現(xiàn)任潞安五陽煤礦生產(chǎn)副礦長(zhǎng)，長(zhǎng)期從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作。