寺河矿大采高综采开采技术优化创新

薛军正

（晋城煤业集团寺河矿，山西晋城 048205）

寺河矿大采高综采开采技术优化创新

薛军正

（晋城煤业集团寺河矿，山西晋城 048205）

阐述了寺河矿投产以来大采高综采面液压支架升级变革的3个阶段，以此为主线对大采高综采面的各个系统环节不断优化创新做了详细说明，在高瓦斯煤层条件下，形成寺河矿特有的跨越式发展道路。

大采高;开采技术;优化创新

晋城煤业集团寺河矿是国家计委批准的“九五”时期国家重点建设项目，1996年12月开工建设，2002年11月8日投产，投产当年产量2Mt，第2年5.01Mt，第3年8.01Mt，从2005年开始产量一跃到 10.8Mt，目前矿井核定生产能力为10.8Mt/a。主采煤层为3号煤，平均厚度6.31m，属高瓦斯矿井，煤尘无爆炸性、煤层不易自燃。

建矿以来矿井准确定位，采用三井一矿集约化生产模式，并结合矿井现状选用当时国际领先的采掘装备，为寺河矿高瓦斯条件下实现高产高效奠定了坚实的基础，实现了矿井总体产量规划目标。纵观寺河矿投产以来的跨越式发展道路，是采掘装备、生产工艺、安全技术管理水平不断改革创新的过程，特别是围绕大采高综采工作面的一系列新思路、新举措，使矿井采煤技术始终走在前列，成为矿井发展的核心竞争力。

1 大采高综采工作面开采装备技术升级创新

寺河矿大采高综采工作面主要以液压支架设备技术升级变革为主线展开系列技术攻关。液压支架通过引进、消化、吸收、研制、升级创新、推广，从采高5.5m进口支架到增加两级护帮的国产5.5m支架，再到增加抽屉伸缩梁采高6.2m国产支架;支架工作阻力也由采高5.5m时的8640kN增加到采高 6.2m 的 9400kN，再到目前的12000kN。液压支架的不断升级创新，始终走在国内开采技术的最前沿。

1.1 引进、消化、吸收

2002年7月寺河矿2301首采工作面试采开始，该面为集团公司首次采用国际最先进的装备（使用130架德国DBT公司5.5m两柱掩护式支架、DBT三机，德国艾柯夫SL－500滚筒直径2.75m采煤机及配套设备，总装机功率3745kW;采用澳大利亚ACE带宽1.4m胶带），工作面长度225m，推进长度1660m，为满足上隅角瓦斯通风需要，采用三进两回5巷布置方式。从2301工作面整个生产过程来看，进口大采高设备的优势明显。首采工作面共生产原煤2.2962Mt，平均日产达到13kt，最高日产为25kt，最高月产501kt，各项指标均居全国领先水平。但首采面遇到软煤带时，由于支架为一级护帮，护帮面积小，造成工作面片帮无法控制，易引发大面积冒顶事故。工作面平均采高只有5.0m左右，工作面采出率不足80%，采空区后部丢煤1.0m多厚，采空区瓦斯治理受到影响。

通过实践，进口支架存在缺陷，不适应矿井的地质条件变化，为此，在消化吸收5.5m进口支架的基础上，针对使用存在的问题进行了技术攻关。

1.2 创新、研制、推广

（1）5.5m国产支架研制 2005年3月集团公司与郑州煤机公司合作研制开发国产5.5m大采高液压支架，实现了大采高设备的国产化。首次在2303面进行回采，配备了130架5.5m国产支架，最大工作阻力8640kN，以及张家口煤机厂三机（SGZ1000/1400刮板输送机，SZZ1200/315刮板转载机及 PCM250破碎机），选用上海煤科院MG400/920－GWD采煤机，胶带为集团煤机公司自行生产。5.5m国产支架增加了二级护帮，护帮效果增强，能有效控制工作面片帮，加强了支架维护顶板的能力。2303工作面回采过程中，在过软煤带和小煤窑空巷双重条件下，片帮冒顶次数大幅降低，解决了困扰多年的大采高片帮冒顶问题;采高也提高到5.5m，采出率达到85%左右，后部采空区丢煤减少，支架对地质条件的适应性提高;同时国产5.5m支架较进口支架购置费用也大大降低。

国产5.5m支架应用效果比进口5.5m支架优越，但是，工作面采出率只有85%左右，采空区丢煤较多，提高资源回收成为重点关注的问题。

（2）6.2m（阻力9400kN）国产支架研制 为进一步加大工作面采高，提高资源采出率，真正实现大采高工作面一次采全高，2006年集团公司在寺河矿成功使用5.5m支架经验的基础上，与煤炭科学研究总院、郑州煤机公司共同研制全国首创最大支撑高度为6.2 m的液压支架，于2006年6月10日在2307工作面试生产，2007年3月30日回采结束，工作面长度225m，采出率提高到93%。首个6.2m大采高工作面试验成功，晋煤集团在大采高采煤工艺的应用上有了新的突破。此后，国产6.2m大采高支架在寺河矿得到全面推广。基本避免了工作面正常回采过程中大的冒顶事故。

6.2m大采高支架优点为:支架工作阻力增加（由原来5.5m的8640kN提高到9400kN）;增加二级护帮的同时，又增加了抽屉式伸缩梁，可有效防止煤壁大面积片帮冒顶，大大加强了支架控制片帮和顶板的能力。

1.3 升华、突破、再创新

工作面采出率得到大幅度提升后，针对工作面留设区段煤柱大、采区采出率比较低的问题，又提出提高采区采出率的途径:即工作面长度由原来225m加长到300m，从而提高采区采出率，减少留设煤柱。为此，研制了12000kN的6.2m支架。

2009年10月，300m工作面在寺河矿4301工作面正式开始试验，该面引进郑州煤机厂、北京煤机厂及集团公司金鼎煤机公司生产的最大支撑6.2m、额定工作阻力12000kN的支架，共173架。采用JOY公司3×855kW三驱动刮板输送机 （采煤机、破碎机、转载机不变），总装机功率5070kW。4301工作面回采历时291d，共推进2353m，采煤6850031t。经历了初采、过陷落柱、过空巷、过大倾角、过断层、过薄煤层、正常回采、末采等阶段的多重考验，各项指标均达到预期的效果，寺河矿大采高采煤工艺在技术、装备、安全管理等方面又上了一个新的台阶。300m工作面较225m工作面，减少了进刀和端头维护次数，同时降低了端头维护强度，提高了煤炭资源采出率，减少了搬家倒面次数，降低了回采成本，工作面回采工效显著提高。

300m工作面使用的大阻力6.2m支架除具备二级护帮板和伸缩梁外，工作阻力大大增强，（由225m工作面支架的 9600 kN提高到现在的12000kN），支架护帮、护顶效果更好，未出现压死架现象，初撑力也可以得到保证，对300m工作面的顶板控制起到了关键作用。

2 围绕大采高工作面各系统环节的技术创新

寺河矿大采高综采工作面经过几年的探索实践，结合自身的特点走出了一条自主创新的道路，从点点滴滴的经验积累开始，在各个系统环节上，为大采高综采工作面的不断发展提供了技术支撑，确保矿井安全、高效、经济、有序地运行。

2.1 瓦斯治理

在高瓦斯条件下实现高产高效，瓦斯抽放最为关键，几年来，从抽放系统和工艺上进行革新:

（1）先后增加东风井井底和小东山井底抽放泵站，扩大抽放范围，提高瓦斯抽放能力。

（2）由单一的本煤层近距离抽放发展到区域递进式抽放。

（3）抽放瓦斯管路采用采空区抽放和工作面预抽双系统，保证了采空区密闭的安全进行。

（4）采用千米定向钻机和国产MK系列普通钻机有计划有目的地施工本煤层瓦斯预抽钻孔，截止目前，寺河矿抽放进尺每天达到近5000m，抽放量每天达到近1×106m3。

（5）提高采高，减少老空区丢煤，降低采空区瓦斯涌出量。

在瓦斯抽放工作中切实做到多措并举、应抽尽抽、效果达标。大采高工作面区域配风量由当初10000m3/min左右，降低到目前的6000～8000m3/ min，采面作业环境大大改善。

2.2 巷道布置及通风系统

多年来，寺河矿大采高工作面均采用三进两回5巷布置的模式，随着工作面瓦斯抽放量的增加，瓦斯含量降低，回采配风量减少，逐渐尝试了三进一回、两进两回4巷布置方式，分别在2304和3303工作面实践，2个面多采出700kt资源，经济效益近4亿，为资源开采的最大化找到了突破口。

2.3 初采工艺

大采高工作面初采最先在2301首采面采用顶板自行垮落的方式，切眼顶板由于有锚杆锚索等支护不能随支架推进及时垮落，造成支架后部顶板和掩护梁间空间不能及时充实，大量瓦斯积聚，直接顶来压后基本顶一次垮落面积大，初采过程始终受到顶板和瓦斯的双重威胁。

随后初采工艺优化为在支架安装过程中，逐架退掉切眼顶板支护锚索托盘，支架安装完毕后，在顶板打炮眼放震动炮的方式 （每架2个炮眼，前后各1个，炮眼深度2.0m，每个炮眼放7个药卷）使切眼顶板遭到破坏，切眼顶板随支架推进及时垮落充填采空区，顶板和瓦斯状况明显好转。保证了工作面初采期间连续推进。初采时间也由原来的7～10d缩短到5～7d。

2.4 末采工艺

在工作面末采时，矿井经历2次大的冒顶事故，给撤架带来严重影响，经过不断实践、总结、完善，逐渐掌握了一套合理、可靠的末采工艺。

（1）提高主撤垛式支架支护阻力 由7400kN的垛式支架改为12000kN垛式支架。

（2）缩小主撤通道断面 由原来的5.0m× 3.8m优化为3.5m×3.8m。

（3）提出末采挂网和采高的最合理参数 末采开始挂网由原来16m减到现在14m;末采采高由原来的4m提高到4.5～5.0m。

（4）加固煤体强度 在距主撤贯通120～50m期间，提前对工作面两巷距贯通100m范围及主撤通道与工作面贯通侧注化学浆，提高末采期间巷道及主撤煤体的自身抗拉、抗剪强度。

（5）加强末采期间劳动组织管理 缩短联网对割煤的影响时间。

（6）提高工人联网技能 提前对参与末采的职工队伍进行联网培训，保证了联网速度和质量。

通过上述措施主撤通道抗动压能力大大增加，工作面末采时间由原来的7～8d缩短为4d。

2.5 留巷技术

矿井6.2m采高工作面全面推广后，回采工作面最大采高由原来的5.5m加大到6.2m，随着采高的加大，工作面采场及留巷巷道矿山压力加剧，原来简单的锚索补强留巷技术已不能满足需要。

结合矿井实际首次提出φ22mm短锚索+钢筋网的全断面补强方式，并付诸实施，留巷效果明显好转，巷修工程量大大降低，给接替面的顺利回采创造了良好条件。

2.6 大采高8～14°缓倾斜煤层开采技术

从大采高装备的技术参数看，支架和采煤机最大适用坡度为7°，寺河矿为近水平煤层，煤层倾角一般在5°左右，但随着开采不断深入特别是开采东四盘区时，4301工作面局部倾角达到8～14°，给开采工作带来较大困难。采取的主要措施为:

（1）在工作面设计中提前考虑了两巷尽可能沿伪倾斜布置，适当减小推进坡度，工作面煤层倾角超过8°时，工作面设计为下山开采。

（2）工作面沿底板推进，必须保证底板平整，防止出现台阶;切顶柱要保证挡矸有效;在大坡度区段推移机头 （机尾）时，过渡槽及第一、二节溜槽要同时前移，避免机头 （机尾）大架和过渡槽脱节。

2.7 顶板控制

大采高工作面的顶板控制是大采高工作面现场管理的重要环节，主要采取了以下措施:

（1）加强支架初撑力管理，不得低于24MPa;充分发挥支架伸缩顶梁和一、二级护帮板功能，严格控制梁端距，超前拉架、追机拉架，提高支架及时支护效果。

（2）加强工作面乳化液泵站压力管理，不得低于31.5MPa。

（3）针对煤壁三角区顶板控制这一难点，提前对煤体破碎的三角区注瑞米材料加固煤体，提高煤体自身支护强度。

（4）提高超前支护范围和强度，对动压影响巷道，超前100m架棚进行维护，支护强度不小于一梁四柱。

2.8 采高管理

矿井采用6.2m支架后，实现了真正意义上的一次采全厚。通过以下措施保证采高稳定在6.0m以上:

（1）在支架上悬吊2.8m长小链，用醒目的标志显示支架活柱长度，使全员能及时监督采高。

（2）加高两巷高度，由原来3.5m提高到3.8m，尽可能缩短工作面过渡段长度，最大限度提高中间架采高。

（3）严格控制工作面挖底量，规定不超过100mm，从而提高有效采高。

3 大采高综采工作面采煤技术前景展望

3.1 大采高支架及超长综采面成套设备

寺河矿开采的3号煤局部煤厚达到6.5m以上，目前6.2m支架在回采过程中，后部采空区仍有部分丢煤情况，随着国产支架的应用成熟，特别是集团公司自主开发的7.6m支架已经亮相，使矿井采高继续提升有了充分技术保障。同时积极调研350～400m工作面的成套装备，使支架、三机、采煤机、运输车辆相互匹配。

3.2 积极推广试验跨巷开采和无煤柱开采

随着工作面开采，两巷之间损失的煤柱量巨大，造成资源浪费，由于跨巷开采必须有完备的留巷和沿空留巷技术作为保障，目前大采高工艺下留巷技术日趋成熟稳定，在不久的将来跨巷开采和无煤柱开采将推广开来，真正实现资源开采最大化。

3.3 15～20°倾角煤层的大采高综采技术研究

目前寺河矿已在4301工作面成功推过局部倾角8～14°煤层，初步积累了一些经验，为矿井西部局部倾角在15～20°煤层的开采提前作了准备。通过在大采高支架和溜槽上加装防倒防滑装置，并采取合理有效的措施，实现了大倾角条件下大采高综采面安全高效回采是完全可行的。

4 结束语

寺河矿大采高工作面采煤技术的实践，是一个装备上由进口到国产、技术上由低采到高采、系统上由单一到多元、管理上由粗放到精细的过程。随着新设备、新技术的不断应用，矿井对采煤技术的发展前景充满信心，必将实现新的跨越。

［1］王国法.“十二五”煤矿开采装备技术的发展展望［J］.煤矿开采，2011，16（3）:19－24，50.

Optim ization and Innovation of Full-mechanized Mining Technology with Large Mining-height in Sihe Colliery

XUE Jun-zheng

（Sihe Colliery，Jincheng Coal Industry Group，Jincheng 048205，China）

There have been 3 phrases in large-mining height powered support development and improvement since Sihe Colliery went into operation Optimization and innovation of every system in full-mechanized mining face with large mining height was introduced Great-leap-forward development road of Sihe Colliery has formed under the condition of coal-seam with high methane content.

largemining height;mining technology;optimization and innovation

TD823.25

A

1006-6225（2011）05-0019-03

2011－07－28

薛军正 （1969－），男，山西吉县人，工程师，现任晋城煤业集团寺河矿常务副矿长。

［责任编辑:周景林］