急倾斜特厚煤层水平分段综采放顶煤工艺的应用与研究

急倾斜特厚煤层水平分段综采放顶煤工艺的应用与研究

曲波

伊犁神达工业有限责任公司新疆伊犁835802

摘要：为强调在急倾斜特厚煤层短工作面中，采用水平分段综采放顶煤采煤方法的适用性，使其工作面达到安全高效开采的目的，通过对11103工作面开采条件及应用水平分段综采放顶煤技术的实践经验，具体从采煤方法适用性、短工作面综采设备的配套选型、顶煤超前预裂技术应用等方面进行了实践验证分析。验证结果表明：急倾斜厚煤层短工作面具备实现水平分段综采放顶煤工艺的条件，结合短工作面的实际条件，综采“三机”配套设备选型合理，通过对顶煤超前预裂技术的运用，顶煤完全达到破碎和顺利放出的目的。相比炮采工艺，该工作面在采用综采工艺后，月平均产量提升了5000余吨，回采率提高了7.6个百分点，劳动效率得到的较好提高，取得了一定的技术经济指标，为矿井实现了安全高效生产的目的。

关键词：急倾斜厚煤层；水平分段综采放顶煤设备配套；顶煤预裂技术；短工作面综采工艺

一、工作面概况

我矿11103综采放顶煤工作面位于矿井1号煤层中，运输和回风顺槽走向长378m，顺槽为梯形断面，净断面积为6.3㎡，采用金属棚支护。矿井相对瓦斯涌出量1.59m3/t，绝对瓦斯涌出量1.51m3/min；相对二氧化碳涌出量1.39m3/t，绝对二氧化碳涌出量1.32m3/min；采煤工作面最大瓦斯绝对涌出量0.49m3/min；掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量0.22m3/min。矿井属低瓦斯矿井。矿井煤尘具有爆炸危险性；煤层属于不易自燃煤层。

矿井煤层倾角63°～82°，属急倾斜中厚～特厚煤层，煤质硬度f≤1.5，煤层顶板岩性为粉砂岩、泥岩，底板岩性为泥岩、粉砂岩。

二、急倾斜特厚煤层推广的采煤方法及工艺

针对急倾斜特厚煤层，目前国内推广的采煤方法主要是水平分段放顶煤采煤法。根据煤层实际厚度和放顶煤采煤工艺的适用性及实践验证，笔者认为，工作面长度为7-10m时，可采用悬移液压支架炮采放顶煤采煤法；工作面长度大于15m时，可采用综采放顶煤采煤法。

三、综采放顶煤采煤工艺的适用性分析

1工作面长度适用条件分析

一般说来，急倾斜煤层均经历过强烈的地质运动，地质构造较复杂，围岩条件较差。本次论述的煤层受井田内北倾单斜构造巨大应力的影响，煤层发生拖拉形变，造成煤层厚度产状不稳定，煤层可采厚度9.66～48.52m，平均27.10m。

根据煤层赋存条件和本着提高煤炭采出率，降低资源损失的原则，工作面回风巷沿煤层底板掘进，运输巷沿顶板采取分段取直的方法掘进，工作面长度在15～36m之间变化。实践验证，工作面长度满足采用综采工艺的基本条件。

2采煤设备的适用性分析

由于工作面长度受煤层厚度的限制，为此对综采设备有一定的特殊要求。在综采设备“三机”配套选型方面，要充分考虑短工作面的局限条件。选择适用于短工作面的短机身电牵引采煤机和与之相配套使用的刮板输送机，放顶煤液压支架要根据工作面压力显现特征，可适当减小支架工作阻力和重量。

针对短工作面的实际条件，选用一种特殊类型的MG170/200-NWD型短臂电牵引采煤机，机身长度3.08m，高度1.37m，摇臂出轴位于机身中部，摇臂自由回转摆角320°，切割煤质硬度f≤3。与短机身采煤机配套使用的SGZ-630/110型刮板机，结合工作面实际情况，对机头机尾要进行适应性改造，要求机头机尾短而矮，在机头和机尾的齿轨侧多增设1个齿轨，从而使采煤机能直接开到机头或机尾上部，采煤机可直接入刀，不需专开切口，而且采煤机滚筒还能割透工作面端部。放顶煤液压支架选用ZFB3000/15/24型液压支架和ZFB3200/15/24型过渡支架支护，在满足工作面支护条件的前提下，选用架型小重量相对轻的支架，有利于回采过程中增减支架工作的开展。

通过应用验证，在急倾斜特厚煤层的短工作面中选用上述特殊类型的综采配套设备，无论是在工作面的安装和撤除，还是在回采期间的增减支架环节，因其架型小、重量轻，搬迁运输安装工作较为容易简单，且搬迁安装周期短，效率高，在短工作面中验证效果较好，适用性较强。

四、顶煤超前预裂技术应用效果分析

1顶煤破碎机理

放顶煤工作面的主要工作和核心是实现顶煤的有效破碎和顺利的放出，而顶煤的有效破碎又是顶煤顺利放出的前提。顶煤破碎是工作面前方形成支撑压力、顶板活动和支架反复支撑共同作用的结果。在实践中，通过支架的反复加载和卸载，仅对工作面上部2-3m范围内的顶煤作用效果较为显著，破碎程度满足顶煤放出的要求，3m以上的顶煤在支撑压力和顶煤压力的作用下，破碎效果差，块度较大流动性差，不利于顶煤顺利放出，损失量大，采面回采率较低。

2顶煤超前预裂技术

2.1钻机的选型：钻机也选用矿用ZQJC-360/8.0型气动架柱式钻机。钻机成孔的直径为Ф65mm，满足Ф60mm药卷的装药要求。

2.2超前预裂爆破眼孔的布置：超前预裂爆破眼孔在工作面两巷道顶部布置，开钻前应先标记爆破孔的开口位置，爆破眼孔采用扇形布置，预裂爆破工作应与工作面的推进同步进行，且超前工作面30m平行开展。眼孔间排距应根据现场煤质松软程度，可灵活调整，既节约爆破炸药成本，又可达到顶煤破碎的效果。（附：顶煤超前预裂炮眼布置大样图）

2.3装药及起爆方法：采用正向装药，每五节药卷为一组装一节引药，每节引药装配两发雷管，引药雷管线采用并联方式联接；采用一次装药一次起爆的方法起爆。

2.4单眼孔装药量：超前预裂眼孔要结合现场情况进行单孔设计，装药量每个眼孔各有不同，具体根据单孔斜长确定。每个单孔眼口封泥长度不小于2.5m为宜，单孔眼底距上部水平必须预留不小于2m护顶煤。

通过实践验证，顶煤超前预裂技术在本工作面取得了较好的效果，随工作面推进前移顶煤破碎垮冒充分，顶煤完全可以顺利放出。

五、采煤工艺特点

11103综采放顶煤工艺流程：割煤、移架、推移输送机、放顶煤。工作面按照“两采一放”为一个放顶煤循环，放顶煤顺序由底板向顶板依次进行，放煤方法采用“多窗口，多轮次顺序”放煤。工作面采煤机开帮一次进刀量为600mm，每日推进3.6m，月平均产量3.2万吨，最高日产1400余吨。

六、结论

我矿自采用急倾斜特厚煤层水平分段放顶煤采煤方法的应用以来，取得了较好的技术经济效果，期间经过10年的摸索和实践，基本掌握了急倾斜特厚煤层水平分段炮采放顶煤采煤方法的技术要领，并结合矿井1号煤层的赋存条件和短工作面的实际特点，对采煤工艺进行了改造，在急倾斜特厚煤层短工作面内实现了水平分段综采放顶煤工艺。该采煤工艺的成功应用，相比原炮采工艺，大大降低了工人的劳动强度，劳动效率得到很大提升，月平均回采率较炮采工艺的79.85%，提高了7.6个百分点，平均每月多采出原煤5000余吨，经济效益显著。相比而言，工作面实现了安全高效生产，但该工作面在现阶段还存在一些问题：

1受地质构造影响，该煤层宽窄变化较大，考虑减少资源损失，工作面两巷未平行布置，运输巷沿煤层顶板走向采取分段取直按中线掘进，回风巷沿煤层底板走向掘进，工作面长度宽窄变化大，造成在工作面推进过程中增减支架较为频繁，影响正规循环进度。

2在放顶煤步距和放煤方式方面掌握不够准确，同时受作业人员业务素质和工作态度的影响，上部采空区矸石在放煤过程中混入较快，煤质影响较大。

这些问题在今后的工作中还需不断加以改进，还需要结合顶煤破碎程度和顶煤的高度进行摸索研究，进一步提高采面回采率，降低含矸率。同时还需要进一步强化作业人员专业技能的培训，不断完善管理制度，使其工艺在生产中得以完善、巩固和提高，切实实现更高的技术经济指标，确保煤矿安全高效生产。

参考文献：

[1]煤矿开采学/徐永圻主编。-2版（修订本）.-徐州：中国矿业大学出版社，1999.8