大采高综采工作面两端头割煤工艺优化

范文胜

(神华神东煤炭集团 补连塔矿，内蒙古 伊旗 017209)

开采技术与装备

大采高综采工作面两端头割煤工艺优化

范文胜

(神华神东煤炭集团 补连塔矿，内蒙古 伊旗 017209)

针对大采高综采工作面回采过程中两端头采用平缓过渡造成资源损失率大的问题,提出采用垂直过渡的割煤工艺。以补连塔煤矿22306工作面为例，介绍了大采高综采工作面两端头垂直过渡割煤工艺、配套支护设备、垂直过渡的适用范围。通过经济效益分析，采用垂直过渡的割煤工艺可多回收煤炭约417kt。

大采高综采工作面；垂直过渡；割煤工艺

OptimizationofCoalCuttingTechniqueatTwoEndsofMiningFace

为了提高煤炭资源的采出率,越来越多的煤炭企业趋向于发展大采高工作面,但大采高工作面两巷的高度和工作面采高相比差距较大,在综采工作面回采过程中,如果两端头采用平缓过渡,资源损失率较大,对于煤炭资源是一种浪费,而且采空区遗煤较多,容易引起采空区煤炭自燃。鉴于上述原因,优化大采高综采工作面两端头割煤工艺，在煤机行走到工作面两端头附近时不提前降采高，一直保持正常采高割煤，直至采煤机行走到工作面端头位置时直接将采高降低到巷道高度，这样大大提高了大采高综采面资源的采出率。

1 大采高综采工作面两端头割煤工艺优化

1.1 工作面概况

22306工作面位于补连塔煤矿井田南西部的三盘区，南东方向为正在准备的22307综采工作面，南西方向为井田边界，北东方向为三盘区大巷，北西方向紧邻已回采完毕的22305工作面。上覆基岩厚110～230m，松散层厚8～23m，煤层底板标高1027.28～1062.49 m，地面标高1163.5～1301.2m，煤层倾角为1～3°，煤层平均厚度7.25m，密度为1.29×103kg/m3，工作面长311.8m，推进长度4614.3m，设计采高7.0m。直接顶为砂质泥岩，平均厚4.33m，基本顶为砂岩和砂质泥岩混合层，平均厚33.19m，运输巷净高4.5m，净宽6m，回风巷净高4.5m，净宽5.8m。

1.2 工作面采煤和支护设备选型

22306大采高综采工作面采煤机选用EKF公司SL1000型双滚筒采煤机，采高3.5～7.1m,滚筒直径3.5m。液压支架选用郑州煤矿机械集团股份有限公司生产的掩护式液压支架，其中工作面中部架选用ZY18000/32/70D型支架，共145台；端头架选用ZYT18000/28/55D型支架，共6台；过渡架选用ZYG18000/32/70D型支架，共4台，工作面支架宽度2.05m，工作阻力18000kN。

1.3 工作面两端头割煤工艺优化

普通的割煤工艺为了保证大采高综采工作面顶板的平整度，采煤机在距离工作面两端头约30m时就开始缓慢地降低采高。而改进的新工艺(以机头过渡为例)当采煤机行走至机头8号支架时开始降低采高，行至4号架时采高降低到6.5m，保持6.5m的采高通过4号架,在4号架和3号架之间采用垂直过渡，直接将采高降至4.5m(22306运输巷高度),保持4.5m采高将工作面机头段割通。22306大采高工作面端头垂直过渡示意如图1所示。

图1 22306大采高综采工作面端头垂直过渡示意

机尾垂直过渡与机头方法一样，从148号架开始降低采高，到152号架时采高降低到6.5m，通过152号架时采高保持6.5m，在152号架和153号架之间采用垂直过渡,直接将采高降至4.5m(22306回风巷高度),保持4.5m采高将工作面机尾段割通。

2 工作面垂直过渡段配套的支护设备

大采高综采工作面两端头割煤工艺改造后，使用垂直过渡工艺会在工作面过渡架靠巷道侧留下台阶。以22306大采高综采工作面为例，在3号架和4号架之间留有2m的台阶,同样在152号架和153号架之间也留有2m的台阶,如图2所示。

图2 工作面端头垂直过渡台阶

在大采高综采工作面台阶位置若采用普通过渡支架支护,对台阶起不到有效的支护作用,台阶垂直面会裸露在外，在工作面来压时或者拉架过程中支架的反复升降对其挤压，使之发生塑性变形，松散垮落，导致支架接顶不严，拉架时发生倒架，支护失效，势必会造成漏矸,甚至是冒顶,导致事故发生。

为了对垂直过渡台阶起到有效的支护,需要改造台阶位置的过渡支架,在4号支架顶梁上靠垂直过渡台阶侧加装侧向支护板,侧向支护板是特殊过渡支架的显著特点，其通过铰接、焊接、螺接的方式固定在支架顶梁一侧，并辅以刚性支撑;侧护板用于支护工作面顶板与巷道顶板落差处的侧面煤壁，即端头垂直过渡所留下的台阶。侧护板长度和其他侧护板长度一致,高度根据台阶高度定。为了保证大采高综采工作面过渡支架的灵活使用，侧向支护板一般由2级组成，一级侧护板和二级侧护板通过油缸来连接。特殊过渡支架使工作面支架稳定性提高，过渡支架接顶严实，有效控制顶板下沉，在4号支架上加装大侧护板后，对垂直过渡所造成的台阶起到了有效的支护作用，如图3所示。

图3 工作面垂直过渡台阶支护示意

3 两端头垂直过渡在综采工作面的适用范围

从大采高综采工作面两端头割煤工艺改进可以看出,综采工作面采高越大应用改进的割煤工艺(垂直过渡)效果越好,但是由于受当前设备性能(过渡支架)的限制，台阶高度要控制好，不易过大，否则支护效果不好，易造成顶板垮落，导致事故。采高过大时采煤机行走到两端头时需要提前降低采高,例如6～7m大采高综采工作面在采煤机行走到距离端头10m左右时开始降低采高，到垂直过渡位置时先将采高降低0.5m,其主要目的是调整垂直过渡台阶的高度。因此需要根据垂直过渡段所配套的支架性能控制好垂直过渡台阶高度。

不考虑垂直过渡段设备的支护性能，综采工作面两端头垂直过渡工艺的应用主要取决于工作面采高的大小和两巷高度的比值,比值越大,垂直过渡效果越明显,带来的经济效益越大,反之亦然。但综合垂直过渡段设备的支护性能和综采工作面采高的大小，就目前情况分析，垂直过渡工艺应用于综采工作面采高为6.5m左右最为合理，既保证了安全又提高了效益。

4 工作面两端头割煤工艺优化的安全与经济效益

大采高综采工作面采高和两巷高度相差较大，如果工作面两端头使用平缓过渡，在工作面两端头未回采的煤较多，丢掉的煤随综采工作面推进，垮落在采空区形成松散体，有可能导致煤炭自燃。大采高综采工作面两端头使用垂直过渡工艺后,工作面端头顶煤基本都被采出,遗落在工作面采空区内的煤大大减少,在很大程度上降低了采空区煤炭自然发火的可能,在一定程度上为煤矿企业带来了安全效益。

大采高综采工作面两端头割煤工艺优化后也给煤矿企业带来了很大的经济效益。如果综采工作面两端头使用平缓过渡，为了保证过渡段工程质量(保证液压支架接顶严实)，一般在采煤机距离工作面两端头30m左右时开始降采高，而使用垂直过渡工艺，在采煤机距离工作面两端头10m左右开始降采高。

一般综采工作面在端头平缓过渡时过渡的是一条弧线,但这条弧线比较平缓,在计算时可以近似为一条直线,如图4所示,垂直过渡比平缓过渡多回收的顶煤就是图4所示的阴影部分,计算公式如下:

S1=1/2×a×(h-H)

(1)

式中，S1为平缓过渡段所遗留顶煤截面积，m2；a为大采高综采工作面两端头平缓过渡段距离,m(一般取30m)；h为综采工作面采高，m；H为综采工作面两巷高度，m。

S2=1/2×d×(b-c)+cd

(2)

式中，S2为垂直过渡段所遗留顶煤截面积，m2；b为综采工作面两端头垂直过渡段距离,m(一般取10m)；c为综采工作面支架宽度，m；d为垂直过渡工艺在煤机行走到过渡架前所降的采高,m(6m以上采高一般取0.5～0.8m)。

Q=(S1-S2)×L×γ

(3)

式中，S1为平缓过渡段所遗留顶煤截面积，m2；S2为垂直过渡段所遗留顶煤截面积，m2；L为综采工作面推进长度，m；γ为密度，t/m3。

根据上述公式计算补连塔煤矿22306大采高工作面长度311.8m，推进长度4614.3m，采高7m，巷道高度4.5m，密度1.29t/m3。两端头使用垂直过渡工艺比使用平缓过渡工艺多回收煤炭资源约417kt。

5 结束语

大采高综采工作面两端头割煤工艺的优化在提高综采工作面煤炭资源采出率的同时，也降低了工作面采空区遗煤，大大降低了采空区煤炭自燃的发生概率，不仅给煤炭企业创造经济效益,而且也带来了安全效益。

在应用大采高综采工作面两端头割煤新工艺时，要结合过渡支架性能综合考虑，控制好过渡台阶的高度，否则可能造成工作面咬架、倒架，甚至是顶板冒顶事故。

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[责任编辑：周景林]

2013-13-27

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

范文胜(1983-)，男，山西偏关人，工程师,硕士研究生,现任神华神东煤炭集团补连塔煤矿主任工程师。

范文胜.大采高综采工作面两端头割煤工艺优化[J].煤矿开采，2014，19(5)：26-28.

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1006-6225(2014)05-0026-03