超大采高综采工作面安全回采技术研究.pdf

第3 2 卷增刊12023年6 月文章编号：10 0 4-4 0 5 1(2 0 2 3)S1-0361-05中国矿业CHINA MINING MAGAZINED0I:10.12075/j.issn.1004-4051.20230367超大采高综采工作面安全回采技术研究Vol.32,Suppl 1June2023刘兆祥，卞涛，李金刚（国能神东煤炭集团有限责任公司补连塔煤矿，内蒙古鄂尔多斯0 17 2 0 9）摘要：针对大采高综采工作面回采过程中存在易倒架、刮板运输机上窜下移、顶板控制难、检修设备难等一系列现场管理难题。以某煤矿7 m大采高综采工作面为例，介绍了7 m大采高综采工作面回采过程中工程质量管理、顶板控制方法、设备存在问题处理等，为类似地质条件的大采高综采工作面回采现场管理提供一定的借鉴。关键词：大采高；综采工作面；工程质量；精细化检修；技术研究中图分类号：TD82Study on safety stoping technology of fully mechanized face with(Bulianta Coal Mine,CHN Energy Shendong Coal Group Co.,Ltd.,Erdos 017209,China)Abstract:There are a series of on-site management problems in the process of fully mechanized mining facewith high mining height,such as easy frame falling,scraper conveyor moving up and down,roof controldifficult,maintenance equipment difficult and so on.Taking the 7 m large mining height fully mechanizedworking face in Bulianta Coal Mine as an example,this paper introduces engineering quality management,roof control method and equipment fine maintenance method in the process of working face mining.Forsimilar geological conditions of large mining height fully mechanized mining face mining site management toprovide a certain reference.Keywords:large mining height;fully mechanized working face;construction quality;fine maintenance;technical study大采高综采设备，煤层掘进量小，掘进成本低，而且还能减少回采工作面搬家次数，节省搬家倒面时间和费用，实现了提高工效，降低吨煤成本成果，极大地提高了煤炭市场的竞争能力。但是随着采高增大，回采过程中也出现了一系列难题，例如采高增加后，工作面支架也增高，重心高容易倒架、采高增加后工程质量较难控制、工作面刮板运输机上窜下移严重、设备检修空难等问题。文献标识码：Asuper mining heightLIU Zhaoxiang,BIAN Tao,LI Jingang1工作面基本条件1.1综采工作面概况补连塔煤矿2 2 3 0 1综采工作面为2 2 煤层三盘区第一个综采工作面，综采工作面在赵家渠正下方，南东侧为煤液化污水池保护煤柱；东侧为设计的22302综采工作面，北侧为井田边界及李家塔矿采空区。2 2 3 0 1综采工作面长度2 6 0.5 0 m，推进长度5245.02m，该综采面地面标高为12 2 7 13 0 6 m，收稿日期：2 0 2 3-0 5-2 5第一作者简介：刘兆祥（19 8 4 一），男，汉族，江苏南京人，主要从事煤炭开采技术方面研究，E-mail：2 8 3 13 4 8 2 5 q q.c o m。通讯作者简介：下涛（19 8 5 一），男，汉族，安微徽亳州人，硕士，主要从事煤矿安全生产管理工作，E-。引用格式：刘兆祥，下涛，李金刚.超大采高综采工作面安全回采技术研究 J.中国矿业，2 0 2 3,3 2（S1）：3 6 1-3 6 5，3 7 5.LIU Zhaoxiang,BIAN Tao,LI Jingang.Study on safety stoping technology of fully mechanized face with super mining heightJJ.China MiningMagazine,2023,32(S1)361-365,375.责任编辑：边晶莹362煤层底板标高为10 3 4.5 10 5 3.4 m。煤层顶底板具体特征见表1。2大采高综采工作面回采的关键技术工程质量管理对于一个综采工作面，尤其是大采高综采工作面的安全、高效生产是非常重要的。大采高综采工作面工程质量实现了“预测-实施-验收-总结-再预测”的闭环式全过程高效管理模式，如图1所示，工程质量实时跟踪管理，使工作面优良的工程质量保持常态，做到了工程质量动态达标 1-2 1。2.1工作面生产条件预测关键技术2.1.1火煤层走势的预测根据地质部门提供的相关钻孔数据以及实测综采两顺槽标高数据等生成煤层底板等高线，绘制出工作面整体煤层走势图，如图2 所示。可以方便实时指导煤机司机割煤，遇有煤层起伏变化可以提前调整工作面，避免由于调整不及时，大抬大卧造成底板不平，支架架型差、倒架等对顶板起不到有效的支中国矿业撑作用 3-4 。另外有可能造成煤机割支架顶梁或截深太大，割煤困难、损坏设备等。表1煤层顶底板特征Table1Characteristics of coal seam roof and floor顶底板岩石名称7.6830.32老顶粉砂岩1.10 6.07直接顶细粒砂岩0.200.62伪顶泥岩1.304.85直接底泥岩第3 2 卷厚度/m岩性特征灰白色，成分以长石为主，次为石英，含黄铁矿晶屑及煤屑，粗粒砂质结构、分选中等，次圆-次棱角状，泥质15.78胶结，巨厚层状。底部薄层状灰黑色泥岩，含植物碎屑化石灰色，水平层理，断面见大量植物茎叶化石，中夹薄层3.74粉砂岩灰色，泥质结构，断口平坦，0.41致密，含植物化石，块状构造黑灰色，泥质结构，局部夹薄层煤线，近水平层理，断3.15面见少量植物茎叶化石预测底板走势、顶板岩性、矿压规律的预测预报底板控制要求工程质量控制方案顶板控制要求架形控制要求班前专项培训培训人员培训班后总结Fig.1 Engineering quality control process for large mining height fully mechanized mining face动态反馈现场控制验收考核反馈水平仪、激光仪指导；架前验证提卧；当班情况反馈；底定期技术内倒架调整方法；支架架形控制；顶板板走势、采高、支容反馈维护；矿压动态预测图1大采高综采工作面工程质量管控流程架架形9TOL1065106010551050F1045Fig.2Contour map of the coal seam floor in a fully mechanized mining face with high mining height一煤层底板标高线T0O1510图2 大采高综采工作面煤层底板等高线图4测点位置（L代表联巷）5增刊1根据综采工作面的底板等高线图，每间隔一定距离作一次综采工作面煤层走势图，间隔距离一般取5 0 10 0 m，根据这一区域工作面起伏的移动方向以及底板变化情况，形成工作面的预测面图，根据煤层变化趋势，再结合每班工程质量验收情况，指导采煤机司机割煤，对工作面底板进行有针对性的调整 5 。根据此方法预测综采工作面煤层总体变化情况，为工作面推进方向、割煤方向的提前调整底板刘兆祥，等：超大采高综采工作面安全回采技术研究提供参照，如图3 所示。2.1.2顺槽顶板岩性探测在综采工作面两顺槽正帮向上施工钻孔，钻孔水平夹角5 0，钻孔深度2 0 m，向顶板取2 0 m岩芯，如图4 所示，并对岩芯进行岩石力学试验分析。根据对顶板岩性及物理参数分析，记录顶板条件及普氏系数，为工作面推采过程中沿顶回采工艺选择、顶板控制提供依据。363机头2 0 机40054推进3 15 5 0 m050推进3 3 0 004910480540500491048Fig.3 Prediction chart of coal seam trend in high mining height fully mechanized mining face60 3 2 5 0-3 3 0 0 m机头2040推进3.4 0 0 m推进3 3 5 0 m3 3 5 0-3 4 0 0 m图3 大采高综采工作面煤层走势预测图806080100100120机120尾一煤普氏系数直接顶普氏系数5432老顶直接顶破断岩块蝶层0422222334445推进度/m图4 大采高综采工作面顶板普氏系数Fig.4Proctors coefficient of the roof in fully mechanizedmining face with large mining height2.1.3回采过程煤壁变硬的原因分析综采工作面煤壁变硬应是一个相对的概念，因为顶板压力小，即煤壁受顶板的载荷变小，煤壁不容易发生片帮而显得完整且硬度大。这种情况下煤壁和支架组成的支护体系几乎不会受到顶板较大的冲击，支架立柱安全阀开启率低，支架也就不会让压缓慢下沉，煤壁就不会沿着滑移线发生垮落片帮（图5)6-7。上述煤壁受顶板载变化的本质原因是工作面的埋深发生了变化，生产过程中要根据工作面矿压的变化即使调整割煤速度。M8煤推进方向壁底板图5 支架-煤壁组成支护体系Fig.5SSupport system composed of support and coal wall2.2工程质量控制关键技术2.2.1大采高工作面底板调整大采高工作面刮板运输机前后弯曲量小和工作面方向过渡距离，控制不当容易飘溜或推不到位。前后弯曲最大值为0.4 2（向工作面弯）和0.9（向支架侧弯），运输机前后弯曲度不小于12 架。工作面方向弯曲最大值为2.6（向下）和3.3（向上），刮板运输机上下弯曲量最理想的是达到一半角度，实际操作过程中沿工作面方向采用长距离过渡方案，调整长度大于2 0 架，可以有效防止运输机飘溜或推364移步距不够 8 根据煤层底板走势的预测变化，对采煤机、运输机上下、前后弯曲参数、工作面坡度进行计算分析，指导现场提前进行调整，实现预调，严禁大抬大卧，保证采煤机每次抬卧幅度不超过10 0 mm，进行微调。保证在调整段底板平缓过度，严禁大抬大卧导致支架架型差，对顶板支护效果差以及超出设备的适应范围，损坏设备8。2.2.2大采高工作面初撑力管控措施根据综采工作面现场顶板情况及周期来压显现情况进行有针对性的初撑力管理。工作面初次来压之前，一定要保证足够的初撑力，防止老顶来压，支柱大幅度下沉损害设备和人员。过上覆集中煤柱及末采回撤期间、矿压显现比较剧烈时，适当调整泵站压力，减缓顶板早期下沉，使液压支架快速进人恒阻状态，提高液压支架主动支撑顶板能力，调度、安监员、控制台进行初撑力的实时监控。支架工及时扶倒架，保证支架架型良好，保证液压支架接顶效果良好 9-11中国矿业2.2.3大采高工作面防片帮管控措施对工作面片帮原因进行分析：工作面割煤后液压支架与顶底板及煤壁相互作用关系是保证顶板及煤壁稳定的重要因素，其中支架位态、支架工作阻力、支架水平支撑力、支架合力作用点距煤壁距离、端面距是影响工作面片帮冒顶的重要因素，如图6（a)所示，煤壁处于竖直稳定状态，支架护帮板可以紧贴煤壁上部区域，与支架顶梁呈近似9 0 垂直，护帮板有效的控制煤壁易片帮区域，此时端面距极小，支架对于顶板及煤壁均有良好的支护效果。如图6（b)所示，当顶板破碎、煤壁稳定性很差时，矿压显现强烈，煤壁片帮严重，在支架伸缩梁与护帮板完全打出的情况下，支架梁端与煤壁之间存在较大的距离，支架护帮板整体与支架顶梁呈2 0 4 0 的夹角，支架顶梁产生了明显的倾斜，支架端面距过大造成护帮板对煤壁的支护效果很差，此时支架护对煤壁及破碎顶板的支护作用很弱。随着工作面的推进，顶板越来越破碎，煤壁越片越深，端面距越来越大，空顶面积越来越大，当顶板来压时，工作面极易发生漏研。第3 2 卷（a）支架正常位态示意图图6 综采面支架位态与煤壁稳定性示意图Fig.6 Schematic diagram of support position and coal wall stability in fully mechanized mining face大采高综采面安排专人收打护帮板，根据煤机速度及刮板机煤量收打护帮板。分两次收护帮板，成组回收不超过5 架，在顶板特别破碎区域，采取割一架收一架护帮板的方法，防止煤壁片帮伤人。采煤机通过已经拉超前架区域时，采取只收三级护帮板的方法，采煤机在护帮板下割煤。2.2.4大采高工作面架型控制措施单架调整：拉架过程中调整，降架时挑梁，带压拉架。动态中解决栽头仰头支架的控制支架错茬的调整：通过甩掉支架固定侧后掩护梁侧护油缸，解决后掩护梁固定侧推力过大的问题。工作面齐直度控（b）支架异常位态示意图制：以工作面刮板输送机直度、液压支架立柱齐直状态（前后）作为考核液压支架支架齐直度的标准。3大采高综采工作面设备改造关键技术大采高综采工作面所用设备均为新研发的设备，虽然在设计设备配套以及制造过程中进行了反复的论证和实验，但在实际生产过程中，还是存在一定的问题。3.1支架推拉杆与底座摩擦解决方案该工作面运输顺槽的底板高程比回风顺槽的底板高程平均高3 m左右，如果生产过程中没有控制好工程质量，工作面液压支架很容易发生倒架现象。增刊1为了在生产中扶倒架，同时为了拉架过程中提底，减少架前浮煤，经常利用液压支架单侧侧护板扶倒架。由于液压支架和刮板输送机移动方向不一致，导致工作面支架底座和推拉杆别劲。为了解决支架底座与推拉杆别劲的问题，甩掉掩护梁上部右侧推油缸，使支架整体（向右)力矩最小11。3.2综采面拉架时架缝漏研解决方案由于生产过程中频繁升降支架，拉架时支架间漏下大量细碎的研石，导致工作面粉尘浓度大，作业环境恶劣。在支架掩护梁左侧护上加装导研降尘装置，该装置采用“L”型不锈钢材质单边槽。导研降尘装置两端底槽水平方向距离立柱和支架尾梁处前后均大于8 6 5 mm，即大于一个拉架步距，不影响拉架 12 。导研降尘装置安装时，整体为前高后低，底槽与底板水平夹角约为5 5 落在导研槽上的粉尘、研石在自重作用下，沿着导研槽加速后滑落至支架掩护梁下方采空区。导研降尘装置起到阻挡粉尘作用。3.3综采面单轨吊落地工艺传统悬挂式单轨吊工艺，需要提前使用锚索机打眼吊挂锚索，人工登高拆装单轨吊，员工劳动强度大，登高作业也存在一定的安全风险。改用落地式单轨吊工艺，如图7 所示，是将单轨吊直接布置在提前铺好的移变列车轨道上，通过自移机尾提供助力推移单轨吊。通过机械化替代人工作业，减少人员起吊作业、登高作业等高风险作业频次，杜绝安全事故的发生。图7 综采面单轨吊落地工艺图Fig.7 Process diagram of monorail crane landing infully mechanized mining face4结论通过实践证明，大采高综采工作面工程质量实现了“预测-实施-验收-总结-再预测”的闭环式全过程管理模式，实现了对顶板的合理控制和工作面工程质量动态达标，为大采高工作面安全回采提供了可靠的保障，为提高设备适应地质条件，保护设备打好了基础，保证了综采面安全高效回采。刘兆祥，等：超大采高综采工作面安全回采技术研究37(6):1180-1187.WANG Beifang,LIU Chunbao,LIANG Bing,et al.Roof frac-ture and instability law of overlying strata in fully mechanizedcaving mining in 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