劉元祺

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)長(zhǎng)治公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

引言

放頂煤工作面采用長(zhǎng)壁后退式采煤法，采煤工藝為綜合機(jī)械化放頂煤工藝，回采巷道跟頂掘進(jìn)，工作面跟底回采時(shí)，隨著工作面的推進(jìn)，在支架端頭常有大量三角底煤丟失，導(dǎo)致工作面煤炭回采率低[1-3]。為了提高煤炭資源利用率，山西某礦雖采取了一定的技術(shù)措施對(duì)三角煤進(jìn)行回收，但隨著三角煤的回收，工作面上端頭高度也隨之逐漸增大，而目前所采用的鉸接梁、單體液壓支柱超前支護(hù)工藝，不僅施工難度大、工序繁瑣復(fù)雜、工程量大，還需擺架培頂，原架型上增設(shè)增高箱體、增高支架，支架重心不穩(wěn)定，安全上存在支架傾倒等風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)該礦現(xiàn)存問(wèn)題進(jìn)行有效解決迫在眉睫。

1 工程概況

山西某礦3號(hào)煤層為目前主采煤層，屬二疊系山西組地層，煤層賦存穩(wěn)定。其中2305工作面沿走向長(zhǎng)695.5 m，傾斜長(zhǎng)97 m；煤層厚度為5.0～5.8 m，平均厚度為5.4 m。2305工作面煤層頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。

2 2305工作面存在的問(wèn)題

2305工作面長(zhǎng)度平均97 m，最短處60 m。由于傾向較短端頭三角在回收率中的占比增加，導(dǎo)致在開(kāi)采中存在回收率偏低的問(wèn)題[4]。2305工作面掘進(jìn)期間采用摸頂掘進(jìn)，回采期間采用摸底回采。由于工作面煤層平均厚度為5.4 m，而以往工作面使用的ZFG4000型過(guò)渡液壓支架最大支撐高度為2.6 m，導(dǎo)致推采過(guò)程中在工作面端頭丟失大量三角煤，造成煤炭資源浪費(fèi)，煤炭回收率低等問(wèn)題[4]。因此，如何安全有效地回收三角煤對(duì)該礦是一個(gè)非常緊迫的問(wèn)題。

另外，作為該礦南翼地區(qū)的第三個(gè)大煤工作面，2305工作面在地面部分局部為村莊，從切眼往外推采276 m后，工作面進(jìn)入村莊保護(hù)段，開(kāi)始執(zhí)行條帶開(kāi)采，工作面長(zhǎng)度由120 m縮短為60 m，這一情況直接造成工作面成為一個(gè)不規(guī)則多邊形，從而直接造成下巷運(yùn)輸設(shè)備的增多，下巷從一部溜子開(kāi)始到轉(zhuǎn)載機(jī)總共八部運(yùn)輸設(shè)備，原本人員就受限于《煤礦井下單班作業(yè)人數(shù)限員》的規(guī)定，現(xiàn)在設(shè)備的增多人手愈顯不足，對(duì)生產(chǎn)班組更是雪上加霜。

表1 2305工作面煤層頂?shù)装迩闆r

針對(duì)上述問(wèn)題，提出在2305工作面采用巷道超前“門(mén)式支架”。該型號(hào)支架具有工作阻力大，安裝簡(jiǎn)單，移動(dòng)方便，對(duì)不同條件適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[5-6]。上下兩巷超前支護(hù)以往都是早班對(duì)其進(jìn)行超前打設(shè)，來(lái)保證工作面當(dāng)天推采量。通過(guò)使用巷道超前“門(mén)式支架”，相對(duì)金屬鉸接梁配合液壓點(diǎn)柱的超前支護(hù)，減少了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了用工量，可在生產(chǎn)過(guò)程中移動(dòng)支架，有效實(shí)現(xiàn)了減員增效的目的，為更好地分配各班組人員提供了可能。

3 工作面端頭綜采一體化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 在端頭采用過(guò)渡支架

2305工作面現(xiàn)用支架為ZF4000型液壓支架，最大支撐高度2.6 m。如下頁(yè)圖1所示，經(jīng)過(guò)10架支架進(jìn)行摸底，端頭留有2.8 m底煤，造成大量三角煤的丟失。如下頁(yè)圖2所示，在端頭使用ZFG5000型過(guò)渡液壓支架后，最大支撐高度增大為3.5 m，經(jīng)過(guò)6架支架進(jìn)行摸底，雖然減少了端頭底煤遺留量，但仍有1.9 m底煤被遺留。

圖1 使用ZF4000和ZFG5000型過(guò)渡支架正視圖

圖2 使用偽頂鐵箱布置圖

3.2 在端頭過(guò)渡液壓支架上加裝偽頂鐵箱

在端頭使用ZFG5000型過(guò)渡液壓支架后，最大支撐高度增大為3.5 m的基礎(chǔ)上，在上順槽巷道內(nèi)布置兩組ZFG5000型過(guò)渡液壓支架，并在巷道內(nèi)支架上加裝偽頂鐵箱。使用絲杠將偽頂鐵箱與支架頂蓋連接，鐵箱支撐高度1 m。端頭最大支撐高度達(dá)到4.5 m，端頭留有0.9 m底煤。采用偽頂鐵箱進(jìn)一步減少了端頭底煤遺留量，使得巷道內(nèi)底煤得到回收。但是，端頭底煤仍不能完全被回收，對(duì)巷道內(nèi)底煤回收也不充分，且存在偽頂鐵箱與支架鏈接牢固性差、偽頂鐵箱不可伸縮靈活性差和與超前支護(hù)搭接不嚴(yán)密等問(wèn)題。

3.3 在端頭過(guò)渡液壓支架上加裝增高支架

在端頭使用ZFG5000型過(guò)渡液壓支架后，最大支撐高度為3.5 m的基礎(chǔ)上，在上順槽巷道內(nèi)布置兩組ZFG5000型過(guò)渡液壓支架，并在巷道內(nèi)支架上加裝增高支架，見(jiàn)圖3。增高支架通過(guò)專(zhuān)用銷(xiāo)軸與支架頂蓋鏈接，鐵箱支撐高度1.5 m。端頭最大支撐高度達(dá)到5 m，端頭留有0.4 m底煤。在端頭使用增高支架后，雖能進(jìn)一步增大了端頭支撐高度，使端頭遺留底煤降低至0.4 m，但仍不能完全回收三角煤，對(duì)巷道內(nèi)底煤回收不充分，且對(duì)上順槽下幫煤壁具有一定影響，也存在與超前支護(hù)搭接不嚴(yán)密的問(wèn)題。

圖3 在端頭使用增高支架視圖

3.4 在端頭采用綜采一體化支架

如下頁(yè)圖4所示，在端頭使用ZFG5000型過(guò)渡液壓支架后，最大支撐高度為3.5 m的基礎(chǔ)上，在上順槽巷道內(nèi)布置兩組ZT6800型過(guò)渡液壓支架，使端頭最大支撐高度增大至5.4 m，端頭不再丟底煤，使得巷道內(nèi)底煤得到回收。另外，ZT6800型液壓支架靈活性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，且與超前支護(hù)搭接嚴(yán)密。

4 工程應(yīng)用效果

在機(jī)尾安裝2架高度為5.4 m的ZT6800/26/55型端頭支架，支架主要技術(shù)參數(shù)為支架高度2 600～5 500 mm，支架寬度1 410～1 580 mm，支架中心距為1 500 mm，初撐力31.5 MPa，工作阻力6 800 MPa，泵站壓力31.5 MPa，質(zhì)量31.4 t。使用該型號(hào)支架對(duì)應(yīng)工作面5.4 m的煤厚，使工作面在機(jī)尾實(shí)現(xiàn)了一次采全高，在有效地增加了資源回收率的同時(shí)，增加了機(jī)尾支架下的通風(fēng)斷面，在確保安全的同時(shí)大幅度提高了經(jīng)濟(jì)效益。

圖4 在端頭使用綜采一體化支架視圖

相較于傳統(tǒng)超前支護(hù)所采用的液壓點(diǎn)柱配合金屬鉸接梁的支護(hù)方式，在2305工作面安裝期間，上巷超前支護(hù)采用20組型號(hào)為ZQ1800/19/40型門(mén)式支架，支架參數(shù)為：最低支撐高度1 900 mm，最高支撐高度4 000 mm，橫梁寬度500 mm，立柱滑靴寬長(zhǎng)600 mm，寬400 mm，橫梁最小支撐巷道寬度2 600 mm，最大支撐巷道寬度4 000 mm，初撐力1 600 kN。支架配套配件：支架運(yùn)輸車(chē)、軌道和軌道鐵枕等。使用該型號(hào)門(mén)式支架后，人員配備得到調(diào)整，以往超前支護(hù)的打設(shè)為早班，使用門(mén)式支架后超前支護(hù)的移設(shè)改為中夜班移設(shè)，實(shí)現(xiàn)了按需移設(shè)，減少了不必要的資源浪費(fèi)，人員調(diào)整后減少了早班入井人員。同時(shí)減少了人工抬運(yùn)點(diǎn)柱的工作量，降低了抬運(yùn)期間和掛梁期間人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)[7-8]。在使用過(guò)程中，該型號(hào)支架移動(dòng)簡(jiǎn)單，在生產(chǎn)過(guò)程中即可完成超前支架的移設(shè)，為2305工作面順利生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

該工作面上端頭一體化支護(hù)設(shè)備裝備后，實(shí)現(xiàn)了工作面端頭綜采支護(hù)一體化，利于快速推進(jìn)及安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了超前支護(hù)工藝機(jī)械化快速交替作業(yè)，提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，采煤機(jī)可直接割透三角煤，替代人工臥底并實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，提高了綜放工作面整體裝備技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)了安全高效生產(chǎn)。