范文勝

(神華神東煤炭集團(tuán) 補(bǔ)連塔礦，內(nèi)蒙古 伊旗 017209)

開采技術(shù)與裝備

大采高綜采工作面兩端頭割煤工藝優(yōu)化

范文勝

(神華神東煤炭集團(tuán) 補(bǔ)連塔礦，內(nèi)蒙古 伊旗 017209)

針對(duì)大采高綜采工作面回采過程中兩端頭采用平緩過渡造成資源損失率大的問題,提出采用垂直過渡的割煤工藝。以補(bǔ)連塔煤礦22306工作面為例，介紹了大采高綜采工作面兩端頭垂直過渡割煤工藝、配套支護(hù)設(shè)備、垂直過渡的適用范圍。通過經(jīng)濟(jì)效益分析，采用垂直過渡的割煤工藝可多回收煤炭約417kt。

大采高綜采工作面；垂直過渡；割煤工藝

OptimizationofCoalCuttingTechniqueatTwoEndsofMiningFace

為了提高煤炭資源的采出率,越來越多的煤炭企業(yè)趨向于發(fā)展大采高工作面,但大采高工作面兩巷的高度和工作面采高相比差距較大,在綜采工作面回采過程中,如果兩端頭采用平緩過渡,資源損失率較大,對(duì)于煤炭資源是一種浪費(fèi),而且采空區(qū)遺煤較多,容易引起采空區(qū)煤炭自燃。鑒于上述原因,優(yōu)化大采高綜采工作面兩端頭割煤工藝，在煤機(jī)行走到工作面兩端頭附近時(shí)不提前降采高，一直保持正常采高割煤，直至采煤機(jī)行走到工作面端頭位置時(shí)直接將采高降低到巷道高度，這樣大大提高了大采高綜采面資源的采出率。

1 大采高綜采工作面兩端頭割煤工藝優(yōu)化

1.1 工作面概況

22306工作面位于補(bǔ)連塔煤礦井田南西部的三盤區(qū)，南東方向?yàn)檎跍?zhǔn)備的22307綜采工作面，南西方向?yàn)榫镞吔纾睎|方向?yàn)槿P區(qū)大巷，北西方向緊鄰已回采完畢的22305工作面。上覆基巖厚110～230m，松散層厚8～23m，煤層底板標(biāo)高1027.28～1062.49 m，地面標(biāo)高1163.5～1301.2m，煤層傾角為1～3°，煤層平均厚度7.25m，密度為1.29×103kg/m3，工作面長(zhǎng)311.8m，推進(jìn)長(zhǎng)度4614.3m，設(shè)計(jì)采高7.0m。直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚4.33m，基本頂為砂巖和砂質(zhì)泥巖混合層，平均厚33.19m，運(yùn)輸巷凈高4.5m，凈寬6m，回風(fēng)巷凈高4.5m，凈寬5.8m。

1.2 工作面采煤和支護(hù)設(shè)備選型

22306大采高綜采工作面采煤機(jī)選用EKF公司SL1000型雙滾筒采煤機(jī)，采高3.5～7.1m,滾筒直徑3.5m。液壓支架選用鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的掩護(hù)式液壓支架，其中工作面中部架選用ZY18000/32/70D型支架，共145臺(tái)；端頭架選用ZYT18000/28/55D型支架，共6臺(tái)；過渡架選用ZYG18000/32/70D型支架，共4臺(tái)，工作面支架寬度2.05m，工作阻力18000kN。

1.3 工作面兩端頭割煤工藝優(yōu)化

普通的割煤工藝為了保證大采高綜采工作面頂板的平整度，采煤機(jī)在距離工作面兩端頭約30m時(shí)就開始緩慢地降低采高。而改進(jìn)的新工藝(以機(jī)頭過渡為例)當(dāng)采煤機(jī)行走至機(jī)頭8號(hào)支架時(shí)開始降低采高，行至4號(hào)架時(shí)采高降低到6.5m，保持6.5m的采高通過4號(hào)架,在4號(hào)架和3號(hào)架之間采用垂直過渡，直接將采高降至4.5m(22306運(yùn)輸巷高度),保持4.5m采高將工作面機(jī)頭段割通。22306大采高工作面端頭垂直過渡示意如圖1所示。

圖1 22306大采高綜采工作面端頭垂直過渡示意

機(jī)尾垂直過渡與機(jī)頭方法一樣，從148號(hào)架開始降低采高，到152號(hào)架時(shí)采高降低到6.5m，通過152號(hào)架時(shí)采高保持6.5m，在152號(hào)架和153號(hào)架之間采用垂直過渡,直接將采高降至4.5m(22306回風(fēng)巷高度),保持4.5m采高將工作面機(jī)尾段割通。

2 工作面垂直過渡段配套的支護(hù)設(shè)備

大采高綜采工作面兩端頭割煤工藝改造后，使用垂直過渡工藝會(huì)在工作面過渡架靠巷道側(cè)留下臺(tái)階。以22306大采高綜采工作面為例，在3號(hào)架和4號(hào)架之間留有2m的臺(tái)階,同樣在152號(hào)架和153號(hào)架之間也留有2m的臺(tái)階,如圖2所示。

圖2 工作面端頭垂直過渡臺(tái)階

在大采高綜采工作面臺(tái)階位置若采用普通過渡支架支護(hù),對(duì)臺(tái)階起不到有效的支護(hù)作用,臺(tái)階垂直面會(huì)裸露在外，在工作面來壓時(shí)或者拉架過程中支架的反復(fù)升降對(duì)其擠壓，使之發(fā)生塑性變形，松散垮落，導(dǎo)致支架接頂不嚴(yán)，拉架時(shí)發(fā)生倒架，支護(hù)失效，勢(shì)必會(huì)造成漏矸,甚至是冒頂,導(dǎo)致事故發(fā)生。

為了對(duì)垂直過渡臺(tái)階起到有效的支護(hù),需要改造臺(tái)階位置的過渡支架,在4號(hào)支架頂梁上靠垂直過渡臺(tái)階側(cè)加裝側(cè)向支護(hù)板,側(cè)向支護(hù)板是特殊過渡支架的顯著特點(diǎn)，其通過鉸接、焊接、螺接的方式固定在支架頂梁一側(cè)，并輔以剛性支撐;側(cè)護(hù)板用于支護(hù)工作面頂板與巷道頂板落差處的側(cè)面煤壁，即端頭垂直過渡所留下的臺(tái)階。側(cè)護(hù)板長(zhǎng)度和其他側(cè)護(hù)板長(zhǎng)度一致,高度根據(jù)臺(tái)階高度定。為了保證大采高綜采工作面過渡支架的靈活使用，側(cè)向支護(hù)板一般由2級(jí)組成，一級(jí)側(cè)護(hù)板和二級(jí)側(cè)護(hù)板通過油缸來連接。特殊過渡支架使工作面支架穩(wěn)定性提高，過渡支架接頂嚴(yán)實(shí)，有效控制頂板下沉，在4號(hào)支架上加裝大側(cè)護(hù)板后，對(duì)垂直過渡所造成的臺(tái)階起到了有效的支護(hù)作用，如圖3所示。

圖3 工作面垂直過渡臺(tái)階支護(hù)示意

3 兩端頭垂直過渡在綜采工作面的適用范圍

從大采高綜采工作面兩端頭割煤工藝改進(jìn)可以看出,綜采工作面采高越大應(yīng)用改進(jìn)的割煤工藝(垂直過渡)效果越好,但是由于受當(dāng)前設(shè)備性能(過渡支架)的限制，臺(tái)階高度要控制好，不易過大，否則支護(hù)效果不好，易造成頂板垮落，導(dǎo)致事故。采高過大時(shí)采煤機(jī)行走到兩端頭時(shí)需要提前降低采高,例如6～7m大采高綜采工作面在采煤機(jī)行走到距離端頭10m左右時(shí)開始降低采高，到垂直過渡位置時(shí)先將采高降低0.5m,其主要目的是調(diào)整垂直過渡臺(tái)階的高度。因此需要根據(jù)垂直過渡段所配套的支架性能控制好垂直過渡臺(tái)階高度。

不考慮垂直過渡段設(shè)備的支護(hù)性能，綜采工作面兩端頭垂直過渡工藝的應(yīng)用主要取決于工作面采高的大小和兩巷高度的比值,比值越大,垂直過渡效果越明顯,帶來的經(jīng)濟(jì)效益越大,反之亦然。但綜合垂直過渡段設(shè)備的支護(hù)性能和綜采工作面采高的大小，就目前情況分析，垂直過渡工藝應(yīng)用于綜采工作面采高為6.5m左右最為合理，既保證了安全又提高了效益。

4 工作面兩端頭割煤工藝優(yōu)化的安全與經(jīng)濟(jì)效益

大采高綜采工作面采高和兩巷高度相差較大，如果工作面兩端頭使用平緩過渡，在工作面兩端頭未回采的煤較多，丟掉的煤隨綜采工作面推進(jìn)，垮落在采空區(qū)形成松散體，有可能導(dǎo)致煤炭自燃。大采高綜采工作面兩端頭使用垂直過渡工藝后,工作面端頭頂煤基本都被采出,遺落在工作面采空區(qū)內(nèi)的煤大大減少,在很大程度上降低了采空區(qū)煤炭自然發(fā)火的可能,在一定程度上為煤礦企業(yè)帶來了安全效益。

大采高綜采工作面兩端頭割煤工藝優(yōu)化后也給煤礦企業(yè)帶來了很大的經(jīng)濟(jì)效益。如果綜采工作面兩端頭使用平緩過渡，為了保證過渡段工程質(zhì)量(保證液壓支架接頂嚴(yán)實(shí))，一般在采煤機(jī)距離工作面兩端頭30m左右時(shí)開始降采高，而使用垂直過渡工藝，在采煤機(jī)距離工作面兩端頭10m左右開始降采高。

一般綜采工作面在端頭平緩過渡時(shí)過渡的是一條弧線,但這條弧線比較平緩,在計(jì)算時(shí)可以近似為一條直線,如圖4所示,垂直過渡比平緩過渡多回收的頂煤就是圖4所示的陰影部分,計(jì)算公式如下:

S1=1/2×a×(h-H)

(1)

式中，S1為平緩過渡段所遺留頂煤截面積，m2；a為大采高綜采工作面兩端頭平緩過渡段距離,m(一般取30m)；h為綜采工作面采高，m；H為綜采工作面兩巷高度，m。

S2=1/2×d×(b-c)+cd

(2)

式中，S2為垂直過渡段所遺留頂煤截面積，m2；b為綜采工作面兩端頭垂直過渡段距離,m(一般取10m)；c為綜采工作面支架寬度，m；d為垂直過渡工藝在煤機(jī)行走到過渡架前所降的采高,m(6m以上采高一般取0.5～0.8m)。

Q=(S1-S2)×L×γ

(3)

式中，S1為平緩過渡段所遺留頂煤截面積，m2；S2為垂直過渡段所遺留頂煤截面積，m2；L為綜采工作面推進(jìn)長(zhǎng)度，m；γ為密度，t/m3。

根據(jù)上述公式計(jì)算補(bǔ)連塔煤礦22306大采高工作面長(zhǎng)度311.8m，推進(jìn)長(zhǎng)度4614.3m，采高7m，巷道高度4.5m，密度1.29t/m3。兩端頭使用垂直過渡工藝比使用平緩過渡工藝多回收煤炭資源約417kt。

5 結(jié)束語(yǔ)

大采高綜采工作面兩端頭割煤工藝的優(yōu)化在提高綜采工作面煤炭資源采出率的同時(shí)，也降低了工作面采空區(qū)遺煤，大大降低了采空區(qū)煤炭自燃的發(fā)生概率，不僅給煤炭企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益,而且也帶來了安全效益。

在應(yīng)用大采高綜采工作面兩端頭割煤新工藝時(shí)，要結(jié)合過渡支架性能綜合考慮，控制好過渡臺(tái)階的高度，否則可能造成工作面咬架、倒架，甚至是頂板冒頂事故。

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[責(zé)任編輯：周景林]

2013-13-27

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.05.008

范文勝(1983-)，男，山西偏關(guān)人，工程師,碩士研究生,現(xiàn)任神華神東煤炭集團(tuán)補(bǔ)連塔煤礦主任工程師。

范文勝.大采高綜采工作面兩端頭割煤工藝優(yōu)化[J].煤礦開采，2014，19(5)：26-28.

TD823.25

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1006-6225(2014)05-0026-03