煤礦綜采工作面低位放頂煤回采技術研究

曹 瀏

（潞安化工集團高河能源有限公司，山西 長治 047100）

1 工程概況

1.1 區域情況

（1）地面位置：該工作面的上方是耕地，東面有村莊，西面是工業園區，生產企業比較多，西部為村莊，北部分布著鐵路線路。

（2）井下位置：W2303工作面是主要的開采工作面，在南、北、西面都是沒有開采的作業范圍，東部是北翼大巷。

（3）煤層位置：W2303面的回采為3#煤層。

（4）埋藏深度：475.2～537.1m。

（5）煤層間距：經過測量后確定3#煤底板與9#煤底板之間的距離平均是65.4m。

1.2 工作面參數

（1）切眼和巷道參數：輔運順槽長1733m，膠帶順槽長1731m，進風順槽長1733m，進風Ⅱ段長642m，回風順槽長1783m，切眼長189m。

（2）工作面儲量：經過對工作面的現場測量分析，發現其剩余可開采的長度為527m，煤層厚度平均為6.45m，容量1.4t/m3，回收率為93%，則：

動用儲量：（527×189）×6.45×1.4≈89.9×104（t）

可采儲量=動用儲量×93%=89.9×93%≈83.6×104（t）

可采期：[1/2](527+527)÷(0.8×4）=165(d)

其中：0.8為循環進度，4為日循環個數，見表1。

表1 工作面參數及儲量表

2 采煤方法及其工藝流程

2.1 工作面巷道及設備布置

工作面切眼和巷道參數：輔運順槽長1733m，膠帶順槽長1731m，進風順槽長1733m，進風Ⅱ段長642m，回風順槽長1783m，切眼長189m。

2.2 循環工藝

2.2.1 進刀方式

工作面開采選用端部割三角煤斜切進刀的方法，距離控制在45m以上，作業速度和效率合格，完全符合循環作業的標準。

2.2.2 推溜、移架方式

在工作面使用液壓支架的方式推溜千斤頂實現前移架的回收和使用；確保推溜、移架等工作都需要在該架的基礎之下完成，作業達到安全性要求[1]。

2.2.3 采放比以及回收操控

按照技術標準的要求，采放比設定為1∶0.84，通過應用支架尾梁擺動的方法實現放煤的處理，并利用兩人雙輪順序放煤的方式，其步距設定為0.8m，端頭頂煤應按照隨采隨落的方式進行。在循環作業時，根據一刀一放的操作方式進行，放煤按照要求進行，只要是發生輸送機停止運行的情況，立即停止放煤作業。

2.3 技術過程

2.3.1 割煤、裝煤、運煤

在工作面中選擇應用MG400/930-WD 電牽引雙滾筒采煤機（滾筒有效截深0.8m）進行割煤。其技術特征見表2。

表2 采煤機主要技術特征表

在進入到正常割煤的作業之后，前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤。在采煤機正常開始運行后，滾筒正常的轉動，通過使用截齒將煤割入到滾筒內，然后再利用結構內部的螺旋葉片裝載到刮板運輸機內，有一些煤會通過鏟煤板直接裝入到運輸設備內，還有很少的煤在支架與前溜間浮煤，并且將其裝載到前刮板運輸機內。割煤機進刀方式見圖1。

圖1 割煤進刀圖

在操作環節，需要將采煤機割下的煤放入到傳輸內，底煤放入到前部，頂煤放入到后續，利用刮板運輸機完成運輸作業，而后再應用轉載機、膠帶運輸機等設備運輸到規定區域范圍內。結合工藝方案的要求現場作業時采高設定為3.5±0.1m，并且根據需要進行“三直一平”的標準開展施工。

2.3.2 移架

本次在煤礦開采的環節選擇應用ZF8500/22/42 型四柱支撐掩護式低位放頂煤液壓支架，主要是通過手動的方式進行操控，移架步距設定距離為0.8m。在操作過程中按照工藝順序完成操作，且在移架作業之后及時進行前后立柱、前梁的處理，最后對側護板安裝。待以上工序完畢以后，需要將移架設置在滾筒后部5m左右的位置，并對頂板進行支護，支護期間結合頂板的工作狀態，操作時緊跟前滾筒拉架。針對局部的煤墻片幫比較寬或者頂煤在破碎的條件之下，通過應用超前移架或者超前拉架的方式完成頂板的控制，達到開采作業的標準和要求。

此外，在移架開始之前要對現場的后尾梁以及插板與后溜高度的控制，使其保持在合理的范圍。對側護板收起操作，需保證下方沒有任何操作人員，且不能和相鄰支架存在干擾的情況；移架操作保持一定的壓力，并且達到穩定、平直性的要求；升柱操作中，支撐作用力達到24MPa；打出逼幫板?，F場操作中注意觀察周邊區域，不能擠壓管道與線纜。移架后，控制支架的角度俯仰角控制在7°以內，錯差必須在側護板的2/3以內，且支架接頂保持嚴密性支撐力達到24MPa[2]。

2.3.3 推前部刮板輸送機、拉后部刮板輸送機

推前部運輸機的距離控制極為重要，應確保其在后滾筒15m的位置上。拉后部運輸機要在放煤20m以后進行，并且按照單向順序的方式禁止，不能直接從兩端直接向中心拉運輸機。在上述的操作中應保證相鄰五組支架千斤頂逐一進行施工，要保持設備運行的穩定性，彎曲長度在30m以內，運輸時不能發生急彎的情況。推拉工作結束后手把回零，應確保前、后部運輸機按照直線的運行。此外，在操作階段禁止停機的環節要做好推、拉運輸機正常的工作，預防出現卡鏈事故的問題。

2.3.4 放頂煤

放煤需要在后滾筒30m的位置上進行，移動支架、后部刮板機投入運行后才能開始放煤處理。放頂煤操作時，若發生運輸機停止運行的情況，就要及時停止放煤作業以確保作業的效果符合要求。

（1）放煤工藝流程為：放煤采用兩人循環作業方式進行，分別進行初放、補放作業，保證放煤的效果。在進行移架操作之后，在后續運輸機投入到正常運行后即可進行放頂煤的工作，且范圍實現在1#～119#架之間。只要是輸送機停止工作，放煤也要就此停止，不再繼續作業[3]。

（2）放煤步距：0.8m，一刀一放。放煤操作：收回插板，調整尾梁千斤頂的位置，確保尾梁回收到規定的部位上，并將放出頂煤之后再傳輸到運輸機內。通過反復多次的尾梁收縮處理，將大塊的煤炭進行破碎處理。放煤工作完成后及時提升尾梁，伸出插板并加強后部運輸機的保護管理。放煤環節每一次放出頂煤的1/3～1/2，間隔10～20 架的距離，第一輪放煤工作完成后，間隔規定時間在進行第二輪放煤。通常來說，兩輪放完即可結束，特殊情況下才會放第三輪。同時在操作環節，需要加強放煤質量管理，必須由專職人員進行放煤操作。放煤過程中應該隨時掌握后續運輸機的煤量數據，預防出現壓溜的問題；同時在操作環節，隨時監督檢查煤流內矸石涌出的情況，需要做到見矸關窗，保證含矸率在合理的范圍內以提升回收率。如果現場施工中遇到硬度較高的頂板結構，通過使用反復升降支架以及尾梁的方式進行頂煤垮落操作，放煤工作全部結束后使得插板與后溜間隔在300mm以內[4-5]。

2.3.5 運煤

現場作業機組在工作中割下的底煤以及支架放下的頂煤分別應用前、后兩部運輸機運輸到端頭部位上進行卸載，通過設備逐步地提升到地面。

3 巷道支護及頂板管理

為了有效地進行W2303 各個工作面順槽支護管理，確?，F場的通風、排水系統可以正常的工作，達到回采順利完成的效果。在現場的回采操作中組織專業技術人員定期進行巷道支護效果的檢查主要采取如下的維護方式。

3.1 鉆場、橫貫支護管理

W2303工作面膠帶順槽中要設置抽采鉆孔環節應該設置鉆場，本次開采作業應用的是梯形鉆場的形式，尺寸設置為7m(3.0)m×3.6m×3m（長×高×深）。為了使得現場頂板符合穩定性標準，通常要超前50m 工作面實施支護作業。鉆場應用不同長度的大板架設置3架一梁的兩柱單體柱大板棚。同時，W2303 工作面在作業之前需要超前50m 進行橫貫部位上的木垛支護作業，即是在膠帶與輔運側橫貫口部位上設置2個木垛，輔運側在支護工作結束后，在外側設置磚混結構進行密封處理，以達到密閉性的要求。

3.2 回采時巷道管理的注意事項

（1）回采工作實施前先進行巷道支護狀態的檢查，如果發現該部位上有嚴重變形問題，需要應用超前架一梁二柱單體柱大板棚等設施完成支護處理，同時還要對現場實施變形監測控制。

（2）回采工作實施之前，進行皮帶機頭部位上行人通道的清理處理，保證沒有積水、淤煤的情況存在；現場作業通道內，皮帶一側要設置防護網的結構，滿足現場作業安全性標準。

（3）回采工作結束后，每一周由作業班長進行全面性檢查，如果存在變形問題或者底鼓的狀況，立即組織現場人員進行檢修處理，以消除事故的問題。

（4）在工作面回采工作高速進行之下，沿著空留巷留設的綜合管網應用4 分鋼絲繩重新吊掛處理，間隔5m布置一個吊點。

（5）回采作業時容易發生采動影響較大的部位，應提前進行加固處理，此外，也可以選擇應用超前架棚落實維護管理。

（6）回采工作開展之前，切眼機尾回風巷中編制梁棚，確保規格與尺寸符合巷道的要求。

4 沿空留巷頂板管理

4.1 沿空留巷支護方式

在進風順槽Ⅱ段進行沿空留巷，沿空留巷寬度3.5m，同時在空留巷上應用柔?；炷翂w施工技術進行處理。

4.2 柔?；炷僚浔?/h3>

標準見表3。

表3 C30泵注混凝土初步配合比

混凝土基材質量技術標準：

水泥：42.5R普通硅酸鹽水泥；

砂子：二區中砂，水洗砂，泥或石粉含量小于3%；

石子：5～20mm 連續級配碎石，含泥量小于1%，石粉含量小于0.5%。

4.3 柔?；炷翂χёo參數

（1）柔?；炷翂χёo采用錨桿的方式，鋼帶連接采用?14mm圓鋼進行連接。

（2）切頂擋矸設計：在工作面排尾3#支架到機尾頂板的結構上設置柔性網的形式，在進行割煤之后緊隨尾梁沿著采空區進行點柱的設置。在柔模包設置前應用單體柱回撤的方式設置，禁止把單體柱直接打入到采空區內。如果使用上述的操作方式柔模搭設空間難以滿足要求時，需要在割煤后緊隨排尾3#架沿著采空區設置一梁兩柱圓木大板棚支護形式進行支護。

（3）澆筑空間支護設置時，臨時支護采用的是一梁二柱單體柱道木抬棚，永久支護應用的是柔?；炷翝仓绞?。

（4）現場臨時采取支護措施，即：超前工作面30m與滯后工作面180m 區間設置支護措施，其結構形式為：單體液壓支柱+π型梁。

（5）高頂區柔模打設要求：

①進風順槽內有巷道高頂區，回采操作中將原柔模的規格支護不能達到要求的部位，同時結合實際情況及時調整。

②根據制定和實施的回采工作計劃，提前統計規劃設計回采區的高頂區，結合高頂區的高度要求，由專業的廠家進行柔模包的制作，使其滿足現場應用標準。

③為了提升柔模結構的穩定性，在打設作業全部結構后，緊貼柔模包設置4.5m 的單體柱護包。采取此方式如果單體柱依然無法接頂，則應該在單體柱與巷道底板之間設置墊木或者方木，使得單體柱接頂達到嚴實的要求。

④因為柔模高度不斷地增加會出現墜包，為了預防發生墜包的問題，單體柱靴上方緊貼柔模墻要固定一根大板，還要在橫向大板與巷道外幫件設置單體柱戧柱，安裝的間距為2m。

⑤高頂區柔模打設操作的環節，如果制定的柔模沒有及時運輸到位。那么可以在打設作業區間內提前設置混凝土平臺，使其滿足打設柔模接頂要求。為了使得混凝土平臺有足夠的凝固時間，每達到6.5m 就要打設一個柔模，在每班打設一個柔模后在柔模與后溜減速機之間應用大板與剎桿平臺設置模型框，建設完成后根據需要打設戧柱從而達到變形控制的效果。另外，在框內鋪設剪裁符合要求的柔模包，并澆筑混凝土形成平臺。

5 施工管理

在放頂煤回采技術應用環節，需要現場加強質量管理，落實施工工藝方案和技術標準，確保每個環節都有專人進行質量監督管控，這樣才能保證煤礦綜采工作面的施工效果滿足設計要求。此外，還需要嚴格的規范操作流程，提高開采的效率和質量，實現綜合效益的提升。

6 結語

在上文分析中，通過對煤礦綜采工作面低位放頂煤回采技術的分析，可以了解到在該項工程開展階段做好技術工藝的優化以及施工控制，且做好現場管理對提高煤礦綜采工作面的效率以及質量有著重要的幫助。未來，還需要對低位放頂煤回采技術研究，做好技術方案更新及優化，如此，才能確保各項工作有序開展。