双开式工作面直接回柱收作法技术探讨与分析应用

双开式工作面直接回柱收作法技术探讨与分析应用

刘金祥

刘金祥（双鸭山矿业集团公司救护大队）

摘要：阐述了双开式工作面直接回柱收作法的安全可靠性，指出其实施要点和注意事项，提出可在煤矿中推广应用该项技术，促进煤矿安全生产。

关键词：双开式工作面直接收作安全可靠性

0引言

众所周知，每个采煤工作面都要经历初采初放，正常推进、快速收作等3个时期。不同的回采时期，其工艺各具特色，管理各有侧重。在生产实践中，人们通常注重的是对前2个时期的分析研究，改革创新；而对于工作面收作以及如何安全可靠的收作，一直没有引起人们足够的重视，也是少有人去分析解剖它。究其原因：第一是工作面临近收作，产量呈萎缩递减趋势，易使各级管理干部产生放松、懈怠、厌战情绪；其次为新工作面投产、初产初放，管理复杂层次多产量低，客观上使个别管理干部心理上发生了一些微妙的变化，在产量任务完成好坏直接与经济利益挂钩的压力下，往往摆不正安全与生产的关系，重生产轻安全，管理错位；第三是片面追求产量量大化，却常又因精力不济，思想分散、不集中，往往顾及失彼、事与愿违，造成安全漏洞和伤亡事故。因此，有必要对双开式，即煤壁与采空区侧均需管理的工作面如何快速收作技术进行分析研究，创新出一种安全高效的收作法。

1采用传统收作方法存在的问题

在计划经济时代，人们的安全意识、成本概念以及管理理念等方面均相当淡薄与落后，当采煤工作面采至收作线后，往往千面一律地在停采线上替换并保留1铜木棚收作。传统的收作方法存在如下4个方面的问题。

1.1木材消耗量大，费用高。以某矿业集团2005年采场接替计划为例，全年共有双开式采煤工作面60块，按目前工作面平均长度140m计算，全年消耗的木材总量Qz，计算公式为：

Qz=60Q

Q=L/B·n·l·Л·(D/2)2

式中Qz——全年消耗的木材总量，m3；Q——单个工作面木材消耗量，m3；L——平均工作面长度，140m；B——木棚的棚距，0.6m；n——每棚用木料的根数，3根；l——每根木料的长度，2m；D——木料的平均直径，0.2m。

将上述数据找入公式得：Qz=2637.6(m3)

考虑到现场使用耗损以及加强支护需要，木材实际年消耗总量Qah=1.2QZ=1.2×2637.6=3165(m3)

1.2动压长期存在，分层或近距离煤层群工作面开采，为回采需留设煤柱形成煤扣。采用在停采线上套留木棚收作方法，致使工作面收作线上的顶板无法昌落，造成工作面采动压力长期存在，难以消除。尤其是分层中、底区或近距离煤层群工作面开采时，为避开矿山压力影响，上、下工作面停采线之间必须留设一定宽度的隔离煤柱。此煤柱的留设不仅给工作面周围的巷道带来动压影响，使得巷道维修量加大，而且还致使工作面收作线不能与其上层（位）工作面收作位置保持对齐重合而丢失煤垛。

2005年，某矿业集团需留煤垛回采的工作面共计有15块，以上、下分层工作面收作线走向错距5m计算损失煤量Mz，计算公式为：Mz=20M=15·L·Z·C·h·r

式中M——单个工作面损失煤量，t；Z——回采煤层分层数目，层；C——上、下分层工作面收作线的走向借距，m；h——采煤工作面采高，m；r——煤层容重，m3/t。

Mz=20M=20·L·Z·C·h·r

=20×140×5×2×2.0×1.3=72800(t)

1.3收作工作面易产生高温着火。采用传统收作方法，工作面收作线上的顶板冒落不充分。如果收作面封闭的质量不高，就会有微量的风流通过收作线继续供氧，当温度逐渐升高达到燃点时，就会引起煤层自燃发火。某矿区开采煤层自燃发火期多为3-6个月，在工作面采完收作一段时间后，因封闭不严漏风或启封工作面生产准备时，常发生煤层自燃发火事故。

1.4工人劳动强度大，安全性较差。采用套留木棚收作方法，大量的木料及收作工作面支柱和铰接顶梁主要靠人工转运，工人体力劳动强度大。另外，多一道转运木料的工序，给工人带来诸多不安全的因素，工伤事故时有发生。用工多、收作速度较慢，一般在7d左右。而采用直接回柱收作法，一般仅用工5-6人，用时3d左右，极大地提高了收作时的工时利用率和回采工效。

2采用直接回柱收作法安全可靠性分析

直接回柱收作法采用从下向上，由收作工作面采空区侧向煤帮人工直接回柱，回出的支柱、铰接顶梁逐根人力拖运或人工装入专用拖具内，由绞车上提运送至工作面上风巷，再由上风巷转运升井。在实际操作中，人们普遍担心的是其安全可靠性问题，而实现其安全可靠的关键则是对收作面的顶板、通风瓦斯以及煤层倾角等方面的有效控制与管理。为消除人们的认识误区，下面对上述问题进行简单分析论证。

2.1顶板控制主要考虑对收作硐顶板以及工作面煤壁的控制问题。

2.1.1收作硐的顶板控制。收作硐的顶板垮冒存在以下3种情况；①收作硐顶板随回随垮，采空及回柱区充填密实；②局部悬顶不冒，采空及回柱区冒落充填不充分；③在面积悬顶不冒。在实际工作中，相对于这3种情况，均需采取不同的控制措施。对于第一种情况（也是最好的一种情况），无需采取专门的顶板控制措施；第二种情况，采取控制采高以及留适量的浮煤等来缓冲顶板来压强度和冲击力；第三种情况，采取工作面临近收作时采煤但不出煤，煤炭保留在控顶区内，以及控制采高和留设信号点柱等特殊措施，确保收作安全。

2.1.2工作面煤壁的控制。首先重新核定收作线位置，使工作面停采位置避开周期来压和地质构造异常带；其次根据开采煤层以及围岩组合结构，合理确定工作面采层（位）和采向；最后控制工作面采高以及实施全封闭管理等，确保工作面煤壁不片帮、不掉顶，保持煤壁的相对稳定。

2.2通风瓦斯管理采用直接回柱收作法，无论何种类型的工作面，能否实现全负压通风，都必须安装局扇并确保局部通风正常，确保能随时消除施工作业头的瓦斯积聚或瓦斯超限现象。

2.3煤层倾角煤层倾角对直接回柱收作法影响极大，煤层倾角大，回收支柱和铰接顶梁时，顶板易向上抽冒，倾角越大，抽冒越严重，给现场作业人员带来较大的安全威胁。直接回柱收作法，一般适应于煤层倾角不超过45°的收作面。另外，采煤工作面必须始终保持伪俯斜推进，其伪俯角度的在大小要视煤层倾角以及顶板的组合结构综合确定。

3实践与应用

为了解决传统收作方法存在的问题，双鸭山矿区于1995年开始采用直接回柱收作法。截止2005年末先后在200余个工作面推广应用，至今未发生1例安全事故。其中共有70余个工作面直接采至上分层或顶分层收作线，以平均工作面长度120m和回采煤层分层数目取1.5进行计算，这些收作工作面仅节约坑木和多回收煤炭两项，就创造直接经济价值上亿元。

双鸭山煤矿10年来的工程实践证实：该法不仅适用于缓倾斜、倾斜单一煤层或缓倾斜、倾斜厚煤层分层、放顶煤以及一次采全高工作面，而且在各类顶板组合结构的各槽别煤层中均有应用。

4实施要点与注意事项

4.1实施要点

4.1.1采煤工作面收作回柱前，必须按规定安装好局扇，并将风带接至施工作业迎头，且视现场具体情况酌情决定是否采用局部通风。

4.1.2对于煤层倾角大于15°的收作工作面，必须采用绞车提运材料，提运绞车必须配齐声光信号。

4.1.3简易支架放顶煤工作面，为提高支架稳定性，必须始终保持20m的双排挑棚，以增强支架抗压、防推能力，确保作业人员的后路畅通。

4.1.4简易支架放顶煤工作面临近收作前，采用主副梁交错布置，扩大收作工作面控顶区断面以及工作空间，便于作业人员回旋及操作。

4.1.5成立采煤预备队，专门从事工作面开碴和收作工作；精选并组建专职回柱收作小组，加强对回柱收作小组成员的技术培训和素质达标工作，使他们能适应各种复杂困难条件下安全生产工作的需要。

4.2注意事项

4.2.1采用绞车提运材料前，按规定要在工作面煤壁侧棚挡内（绞车绳道）由专职人员用长×宽×厚为1.4m×0.2m×0.2m的长方木，搭设高度为1.0m的防滑安全挡。

4.2.2为确保安全，在工作面煤壁沿倾斜方向每隔10—30m施工1个躲避硐；绞车提运材料时，除架设防滑安全挡兼监护绞车钩头的专职人员外，其余人员一律进硐躲避。

4.2.3回柱与装料、回柱与提运等工序间严禁平行作业；回柱施工作业迎头悬挂瓦斯便携仪；回柱时随时用注液枪洒水灭尘。

4.2.4简易支架放顶煤工作面收作前，工作面煤壁用金属网或塑料网及时背严，并与顶网联接牢固，形成全封闭管理。

4.2.5对于遇地质构造变化带以及局部顶板压力较大且有安全威胁的特殊地点，可采取常规套木棚的方法处理。

5结束语

直接回柱收作法不仅缩短了工作面收作时间，节约坑木、节省人工，提高矿井经济效益，降低工人的体力劳动强度，而且工作面采空区由垮落的矸石充填，采用少量的洒水灌浆即可从根本上消除收作工作面的煤层自燃发火威胁。

该项技术无异给在多数矿井提出了一条采煤工作面安全高效快速收作有效技术途径。同时，该法还将成为双开式工作面收作之常规方法，并为推动安全高效开采技术的进一步完善与提高，促进煤矿安全生产工作发挥着十分重要的作用。