神东矿区特厚煤层大采高一次采全高开采工艺研究

田 臣

（神华神东煤炭集团 生产管理部，陕西 榆林 719315）

1 神东矿区特厚煤层赋存状况

神东矿区特厚煤层主要赋存在大柳塔煤矿、上湾煤矿、补连塔煤矿。1）特厚煤层储量分析。神东矿区特厚煤层总地质储量135 199.4万t，其中1-2煤层总储量9 340 万 t；2-2煤 层 总 储 量 83 009 万 t；5-2煤 储 量42850.1万t。按照煤厚不同的储量统计，6～7m储量占总储量的78.1%，7～7.3 m储量占总储量的18.1%，7.3～8m储量占总储量的3.8%。2）特厚煤层的平均厚度统计。上湾矿1-2煤平均厚度7.6m；补连塔矿1-2煤平均厚度7.0 m；上湾矿2-2煤平均厚度6.54 m；大柳塔矿5-2煤平均厚度7.08m。

2 回采设计

2.1 试验工作面的地质状况

上湾煤矿12206综采工作面直接顶平均厚度1.51 m，主要为灰黑色的泥岩，块状。老顶平均厚度5.67 m，主要为灰白色粉砂岩、泥质胶结，致密、坚硬，裂隙不发育，波状层理。直接底平均厚度0.95m，主要为灰白色细粒砂岩，以含石英、长石为主，泥质胶结，分选中等，裂隙不发育，具有斜层理。

2.2 工作面的设计

根据煤层赋存厚度，12206综采工作面采用一次采全高的回采方法，见图1。12205综采工作面与12101工作面采空区之间所夹煤体最小宽度372.9 m，为最大程度地保证盘区采出率，根据《煤矿安全规程》，在12101与12205综采工作面所夹煤体最窄处的12101工作面切眼上部留设25m防水、防突保护煤柱，开掘12206综采工作面辅运顺槽，与12205综采工作面平行布置。

图1 12206综采工作面与相邻工作面位置关系

12206综采工作面整体沿煤层走向布置，工作面顺槽沿煤层倾向布置。服务于该工作面的共有两条运输顺槽（下顺槽）和一条回风顺槽（上顺槽）。两条运输顺槽中一条为胶运顺槽；另一条为辅运顺槽。回风顺槽即为12205综采工作面辅运顺槽。工作面长度：

式中：L为综采工作面长度，m；H为煤体最小宽度，m；LW为防水防突煤柱宽度，m；LA为辅运顺槽宽度，m；LB为胶运顺槽宽度，m；LAB为胶辅运顺槽之间的煤柱宽度，m。

由式（1）计算得：L＝318.7m。切眼与两侧工作面对齐，距主回撤通道4231m。

3 开采工艺及技术

3.1 开采工艺

采煤机的割煤方式为双向割煤，往返一次割两刀。特殊情况下，使用单向割煤或半截深割煤，往返一次割一刀。采煤机的装煤方式是通过滚筒螺旋叶片上的螺旋面进行装载的，将从煤壁上切割下的煤运出。采煤机利用滚筒将煤装在刮板输送机溜槽上，后经刮板输送机运送至机头侧，卸在转载机溜槽内，经破碎机破碎后，由马蒂尔出料口送出，装在可伸缩胶带输送机上运出。工作面的控顶距离必须符合规定：

式中：Lmax为最大控顶距，mm；Lmin为最小控顶距，mm；L1为顶梁长度，取5 000 mm；L2为端面距，大采高工作面，取686～753mm；S为截深，取865mm。

3.2 开采技术

1）初采技术。初采前，根据工作面的实际地质条件，制定针对性的强制放顶措施和初采安全技术措施。强制放顶与初采期间，为防止架后顶板突然垮落造成较大的冒顶、飓风灾害，工作面采高保持在4.5～5.0 m，强放前推进度不可超过5m。强放时，由于架后空顶面积较小，强放产生的飓风较小，降低支架初撑力，使支架顶梁刚能贴住顶板为准，既能改善强放效果，又可保护支架各连接部免受较大的震动和冲击。为减小爆破对支架产生向煤壁的水平推力，可适当缩短分段爆破的段距。根据相同盘区并行布置的相关工作面生产经验，预计老顶初次来压及垮落步距，加强生产组织管理和个体防护，这对工作面安全高效渡过初采有着至关重要的关联。上湾煤矿西二盘区7 m综采工作面老顶初次来压步距约45 m左右，初次垮落步距约50 m左右，当工作面推进至40 m时，控制台司机必须密切监视支架压力的变化，发现局部支架压力超过40 MPa时，必须立即提醒工作面所有人员提高警惕。

由于上湾煤矿西二盘区工作面整体全部呈正坡推进，初采期间沿底回采，工作面呈仰采状，有利于顶板压力和垮落能量向采空区传递。整个工作面架后全部自然垮落，且据经验推进70 m之后，老顶来压呈现出较为规则的周期性，工作面恢复正常6.8m采高。

2）工程质量控制。大采高综采工作面生产组织中，工程质量控制难点主要涉及：顶底板、采高、片帮、大块煤、防倒架等六个方面。

顶板控制，大采高综采工作面，受采高影响，矿压显现明显。工程质量事故发生频次最高的就是漏顶，上湾煤矿在7 m大采高综采工作面防漏顶控制方面主要采取以下措施。第一，护顶先护帮，要想支护好顶板，必须最大程度地护住煤帮，必须使用好护帮板和保证支架的初撑力，煤机通过顶板破碎已经拉出超前支架的地方时，只收回二、三级护帮板，保留一级护帮板掩护煤壁；煤机通过以后，再将二、三级护帮板打出。第二，顶板破碎段不二次拉架调整支架。在来压破碎顶板范围内，以护顶为先，支架拉出后不调架、不扶倒架，待压力过后再行调整。第三，超前预控，重点安排。需要预测工作面来压时间和班次，重点安排护顶工作。要求控制台司机及时观察支架工作阻力变化情况，一般25.2～30 MPa之间，发现局部开始来压（压力显示达到30 MPa以上）时，工作面应立即采取相应措施。第四，现场管控，执行到位。第五，顶板保护，漏顶处理。割煤时根据煤层厚度情况，尽量留设200～300mm顶煤，便于护顶。调整工作面底板时，严禁大卧，防止截割深度大，致使梁端距过大，造成漏顶。割煤时发现工作面来压，顶煤留不住，随滚筒割煤开始有漏矸趋势时，立即减少成组收护帮板架数，检查煤机前方若有因片帮可拉超前支架的地方，及时拉出。漏顶时，放慢割煤速度，割一架拉一架，割煤速度取决于拉架速度。当工作面局部压力大，漏顶、片帮严重时，必须采取局部连续加刀等快速推进方式，直到顶板护住之后，再调整工作面。

底板控制，当煤层厚度小于7 m时，沿底回采，底板起伏变化时做好平缓过渡。当煤层厚度大于7 m时，留设200～300mm顶煤，底板割平。割煤过程中，每10架降滚筒探测一次底煤，实时掌握底板情况。

采高控制，技术员根据地质预测预报，及时了解工作面煤层厚度变化情况，并向各带班队长、班组传达，提前掌握情况。在工作面每隔10架悬挂一根采高棒，采煤技术员每天对其校对，保证读数准确无误。带班队长、煤机司机要及时观察架后垮落煤量，并坚持每班至少探一次底煤（探底间距为10架），以此掌握和控制顶底煤留设厚度。煤机司机通过观察采高和顶底煤厚度，根据摇臂升降刻度仪，精确控制采高。煤壁片帮大都留下伞檐，当工作面无压时，尽量不超前拉架，否则支架拉入伞檐造成采高降低。

片帮及大块煤控制，要控制好收打护帮板操作行为。工作面煤壁片帮控制手段主要使用支架护帮板，工作面来压时，必须严格控制成组收护帮板架数，做到“少收、勤收、及时打”，必要时指定专人超前煤机顶滚筒2架，逐架手动收护帮板。片帮的能量源头来自于顶板压力，因此必须加强护顶工作，来压期间必须保证支架初撑力达到要求。顶滚筒司机割煤时，要密切注意观察滚筒附近的煤壁活动情况，发现煤壁有裂隙，大块煤可能片落时，减缓煤机速度，尽量用滚筒将大块煤破碎，并提前将护帮板打成约45°角，使大块片帮煤落入溜槽，防止片到溜槽外。要防范大块煤在溜槽内堵塞运输机，造成运输机过载压死。

两端头控制，大采高综采工作面两端头控制的要点主要有上下出口安全距离控制，运输机机头、机尾起桥和防止机头哑铃销推断。

3）末采技术。在主回撤通道内距底板高3.3m（右滚筒直径3.2 m）处和1.9 m（溜槽高1.8 m）处设置反光贴标识、在探巷的两帮高1.7 m处划白线并以米为单位标上标尺、用激光仪打出距探巷口底板1.7 m的水平面等办法找出参照标准，作为贯通时控制底板的标志，多措并举、确保每次贯通质量达到优质。末采对采高及顶底板控制要求较高，尤其当工作面距回撤通道小于13 m后，工作面采高保持在4.8～5.0 m，必须准确掌握工作面各点的提卧标准，有目的、有尺度地调整工作面。

4）矿压显现规律。经观测，12206综采工作面老顶周期来压步距为9～11 m，这与12205综采工作面老顶周期来压（步距为9～14 m）相比，规律性较强，整个回采期间凡支架控制范围内的顶板稳定性强，架后顶板规则垮落，从未发生范围超过10架，冒落高度超过1 m的漏顶事故。

4 效率分析

由于采高增大，采面加长，这与以往较低采高的综采工作面相比，7 m大采高综采工作面充分展示了它的生产优势。如表1和表2所示，从表中看出，若与12205综采工作面同期相比，12206综采工作面的日产量提高13.3%。采用增大采高一次采全厚的生产工艺要比继续延用上一工作面生产设备和工艺平均采出率提高9%。

5 结束语

1）上湾煤矿12206综采工作面煤炭资源回收率高达94%，平均生产效率2300t/h。7m大采高综采模式在生产效率和资源回收率方面表现出巨大优势，在7 m大采高综采生产模式的基础上，仍有继续探索提升的广大空间。2）大采高综采工作面一次采全高，既提高了采出率，又减少了采空区遗煤，降低了采空区自燃等煤矿衍生灾害，保护了地层环境，节省了治理费用。回采期间，大大降低了因采空区氧化而引发的有毒有害气体涌出现象的发生率，对工作面“一通三防”环境改善，起到重要作用。3）与分层开采相比，大采高一次采全高综采工作面大大降低了回采巷道掘进率，减少了巷道支护费用及采空区注浆、铺网等回采材料费用，降低了顶板管理难度。特厚煤层开采中，采用7m等大采高回采技术，可减少分层数目，提高生产效率和效益。4）7 m大采高综采工作面配套的大功率设备阻力大、强度高、能耗低，吨煤成本低。工作面矿压显现规律性强，顶板、煤壁支护到位，且随着工作面的推进，所有设备基本实现自移，提高了生产效率，减轻了劳动强度，保证了作业安全。

表1 工作面生产效率对比情况表

表2 煤炭采出率对比情况表

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