连续采煤机在小窑短壁复采中的应用

马进功，周茂普，高云峰，石 亮

(1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西 太原 030006；2.山西天地煤机装备有限公司，山西 太原 030006)



连续采煤机在小窑短壁复采中的应用

马进功1，2，周茂普1，2，高云峰1，2，石 亮1，2

(1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西 太原 030006；2.山西天地煤机装备有限公司，山西 太原 030006)

针对资源整合兼并小矿井中小窑破坏区残留煤柱的突出难采问题，以赵屋煤矿15号煤为工程背景，首次提出了连续采煤机短壁复采方法，介绍了短壁巷道布置方法、高效装备、掘采工艺、通风方式、巷道支护与顶板控制等方面的应用情况。现场实践表明，连续采煤机短壁复采技术的巷道布置灵活性、设备安全高效性、顶板控制有利性等优势，较好地克服了小窑区残留煤柱分布繁杂无序带来的开采难题，有效减少了赵屋煤矿优质资源浪费，提高了资源采出率，解决了矿井服务年限急剧缩短、可持续发展受阻等生存问题，该技术的成功应用也为其他兼并矿井小窑区复采提供了宝贵的现场经验和技术解决途径。

连续采煤机；资源整合；小窑破坏区；梭车；强制放顶

资源整合矿井[1-2]在整合前多数采用高落式、旧式房柱式等落后采煤法，开采无序、资源采出率极低，形成小窑区，导致诸多矿井不能完整布置综采工作面开采，复采难度大，若弃之不采，不仅造成大量优质资源的浪费，也使矿井面临服务年限急剧缩短、可持续发展受阻等生存问题[3]，因此，开展小窑区的安全复采技术研究意义重大。目前，国内对小窑破坏区的安全开采方法仍处于不断摸索和发展阶段，越来越多的矿井开始尝试不同方法进行小窑复采，例如周保精、徐金海等[4]提出采用分层注浆充填法进行特厚煤层小窑开采，金声尧、华心祝[5]等提出采用巷采进行复采等，均在试验矿井取得不错的效果。

赵屋煤矿由9处小煤矿整合而成，井田内有小窑21个，均为私挖滥采所致，大多数采用斜硐开采，硐深一般40～60m，很少进行大面积开采，导致小窑区遗留下很多规格不一的采空区老巷，将煤层切割成长宽约20～50m不等的不规则多边形块段，对此笔者提出了全新的连续采煤机小窑短壁工艺对连采首个工作面，即206工作面进行回采，并对掘采工艺、设备配套、运支工艺、通风方式、顶板安全管理等进行完整的研究与应用，为其他矿井小窑区复采提供了宝贵的实践经验和技术支持。

1 工程概况

赵屋煤矿为低瓦斯矿井，主采15号煤，埋深约150～180m，煤层厚度平均4.19m，煤层结构简单，局部夹0～2层泥岩夹矸，煤层倾角一般3～5°。煤层顶板为K2灰岩，厚度平均7.20m，顶板裂隙较发育，单向抗压强度49.3MPa；底板为泥岩，厚度平均6.28m，底板较稳定，单向抗压强度6.1MPa。煤层自燃倾向等级为Ⅰ类，属容易自燃煤层。

206为首采连采面，储量约为0.35Mt，巷道布置按照综采工作面的设计已经掘进完成，回采巷道均为矩形断面，由于综采工作面范围内原有老巷多，将整个工作面切割成方形或长方形的小块段，导致综采工作面开采难度加大且不经济，因此采用连续采煤机开采，将原先的胶带巷经过扩巷后改造为连采面的主运巷，实现煤炭运输和进风，原先辅运巷扩巷改造后作为材料以及大型设备拆解件运输和回风用。206连采面原小窑巷道布置如图1。

2 开采技术方案

2.1 巷道布置

为了满足生产需要，在206工作面进行采空区复采前，应先将原有宽度为3～5m不等的老巷扩至5.5m，巷高扩至3.5m。巷道布置如图2。

图2 工作面新、老巷道综合布置

巷道布置特点：将206工作面共划分为A，B，C，D，E 5个区并按照先后顺序进行回采。A区：位于切眼外100m范围内，共布置支巷13条，其中新掘支巷5条，原有老巷改造8条，除一、二、三支巷外，其余支巷均沿与切眼平行方向布置，其中最长支巷为150m，最短为14m；B区：位于工作面中部，属煤层低洼处，共布置支巷10条，其中新掘支巷7条，利用原有第九和第十支巷，沿切眼垂直方向布置6条附属支巷，工作面下部沿切眼平行方向布置西六支巷，其中最长支巷108m，最短支巷22m；C区：位于主运巷外侧至工作面边界，新掘4条支巷，均沿与支巷平行方向布置，其中最长支巷31m，最短支巷17m；D区：位于206工作面最外侧，共布置10条支巷，其中新掘支巷5条，支巷沿与切眼方向平行布置，其中最长支巷118m，最短支巷21m；E区位于辅运巷两侧，由于未进行详细勘探，因此遵循“以掘带探，边探边掘”原则，从辅运巷两侧布置支巷，掘进时遇老巷或其垮落区时进行回采，工作面共布置支巷9条，辅运巷东翼布置5条支巷，分别是一、三、五、七和九支巷，西翼布置4条，分别是二、四、六和八支巷，支巷布置方向均平行于206切眼工作面，最长支巷109m，最短38m。

2.2 设备配套

为了实现安全高效开采，根据工作面地质条件以及巷道布置特点，采用煤炭科工集团太原研究院自主研发的成套连续采煤机装备完成采、掘、装、运、支全部工序，主要设备配套如表1所示。

表1 206工作面短壁设备配套选型

2.3 回采工艺

工作面在完成老巷扩巷和新巷掘进后，迎头布置2台履带行走式液压支架，连续采煤机从距离支巷迎头6m左右开始由里向外，两翼进刀式回采巷道两侧煤柱，即采硐，单刀采硐长度视工作面两支巷间煤柱而定，最长为11m，采硐与支巷呈40°夹角，采硐宽度为3.3m，回采高度视煤层厚度而定，最大5.0m，相邻采硐间留设煤柱0.8m，相邻支巷间留设2m宽煤柱，各支巷口留设6m护巷煤柱。以首采支巷为例，回采工艺如下：给料破碎机在距离三支巷口3m处，满足一、二和三支巷的回采任务。一般情况下，连续采煤机采用遥控器操作进行后退式回采，截割过程中梭车完成连续采煤机与给料破碎机之间的煤炭运输，行走支架以交错式临时支撑三角区顶板并在移动过程中始终保持1台支架对顶板有效支撑。回采设备状态如图3所示。

图3 工作面设备状态

行走支架工艺如下：

(1)2台行走支架交错布置在支巷迎头，1号架距离采硐开口前方1m，2号架超前1号架0.5m，连采机使用遥控器操作斜切40°进刀，回采1号采硐，进刀深度为11m。

(2)回采完1号采硐后退出连采机，将1号行走支架降架并前移至2号支架前方0.5m升架支撑顶板，连采机截割2号采硐。

(3)回采完2号采硐后，先进行1号架降架移至3号采硐前1m并升架进行有效支撑，然后2号架降架移至1号架前0.5m并升架支撑顶板，进行3号采硐的40°进刀，以此类推，直至支巷内所有采硐回采完毕。

2.4 通风方式

206工作面采用全负压结合局部通风机扩散通风的方式，全负压配风量580m3/min，其中局部通风机工作风量为307m3/min，巷道需风量为273m3/min，选用2组型号为FBD6.3/2×18.5型对旋轴流压入式局部通风机，采用直径800mm的柔性胶质风筒，风机技术特征：风机功率2×18.5kW；全风压为450～5500Pa；风量250～500m3/min；转速为2800r/min。

2.5 巷道支护与顶板安全控制

(1)巷道永久支护 巷道断面均为宽×高=5.5m×3.5m，根据工作面的地质条件以及短壁开采工艺对支巷、主辅运巷不同支护要求，工作面采用锚网索联合支护方式[6-8]。支巷掘进过程中，5排一掘，巷道最大控顶距6m，最小控顶距0.5m，护帮紧跟迎头。主、辅运巷顶板每排均为5根φ22mm×2200mm高强螺纹钢锚杆，每根锚杆采用1条CK2340树脂锚固剂和1条Z2388树脂锚固剂，锚杆间排距1000mm×1100mm，两边肩角锚杆距帮600mm,与顶板夹角为15°，其余垂直于顶板，垫片除两肩角锚杆使用楔形垫片，其余3根均为φ130mm×8mm碟形垫片；两帮每排为3根φ22mm×2000mm玻璃钢锚杆[9-10]，每根帮锚杆采用1条Z2388树脂锚固剂，锚杆间排距1100mm×1100mm，最上一根帮锚杆距顶板350mm，与帮成15°角打设，其余帮锚杆垂直于巷帮；主辅运巷布置锚索，顶板锚索为“1-2-1”布置，间排距2200mm×3300mm，锚索规格φ17.8mm×5500mm，采用2条CK2340和3条Z2388树脂锚固剂。顶板均铺设φ4mm钢筋金属网，规格为: 长×宽= 3000mm×1300mm，网格80mm×80mm。原则上支巷内不布置锚索、不护帮，局部特别破碎带采用玻璃钢锚杆互帮。

(2)顶板安全控制 原先老巷改造后形成的联巷与支巷交叉口处由于顶板裸露面积大，时间久，在回采期间容易形成大面积冒落，因此采用打木垛的方式将四岔口处联巷顶板进行临时支撑，巷道各布置2处木垛，每处布置2组。

15号煤顶板为K2灰岩，从以往综采工作面经验分析，直接顶周期垮落步距15～20m，未出现大面积悬顶不垮的现象，而采用连续采煤机开采时，支巷顶板采用锚、网支护，不易垮落，对于形成规律性的周期垮落更为困难，因此采用如下措施进行顶板安全控制：

(1)在每条支巷与联巷交叉口处，顶板安装2台顶板离层仪以及锚杆锚索应力计，对顶板进行实时监测，并通过监测煤柱水平应力和水平位移变化及时了解煤柱的破坏情况，一旦出现异常，及时采取技术措施。工作面矿压监测设备布置如图4(a)所示。

图4 工作面矿压监测与强制放顶炮眼布置

(2)采用7000kN工作阻力、支护强度达1.03MPa的履带式行走支架[11-12]为架前连采机以及梭车等操作人员提供安全的操作空间，并通过支架上的压力报警仪实时监测压力变化，当支架超过设定值后报警，工作人员及时撤出。

(3)采用完全垮落法处理顶板[13]，为使采空区充分垮落，在回采完2～3条支巷，采空区顶板悬顶达到5000m2以上时，采用MYZ-150型全液压坑道钻机、φ94mm合金钢钻头，采用深孔爆破强制放顶技术，以五、六支巷爆破为例，炮眼技术参数：支巷与联巷交叉口布置炮眼10个，炮眼距离二、三联巷与六支巷交叉口3～5m处开始，与六支巷炮眼呈“U”型布置，炮眼长36m，垂深35m，炮眼中线距联络巷中心线1.5m(靠采空区侧)，孔距6m，成孔直径100mm。1和10号钻孔与支巷水平平行，2和9号钻孔与支巷水平夹角45°；3～8号钻孔与支巷水平夹角90°，孔间距均为6m，仰角均为15°。炮眼布置如图4(b)。

3 应用效果

206工作面生产期间，采用单巷掘进，“三八”制作业，正规作业循环进尺为6m，生产班每班完成2个循环，检修班完成1个循环，回采期间每班回采2～3个采硐，检修班回采1个采硐，平均日产煤量约为1560t，工作面于2014年3月开始试生产，至9月份回采结束，其中3和4月份主要进行老巷扩巷和新支巷掘进，分别生产原煤10880t和11655t，5月份正式开始回采，当月生产原煤20120t，6月份生产原煤22675t，7月份生产原煤28980t，8月份生产原煤35843t，9月份生产原煤36528t，生产结束共生产原煤167000t，工作面资源采出率达到47.8%，当时原煤价240元/t，连采吨煤成本138元/t，本工作面可实现收入5010万元，毛利润1703万元；工作面回采期间直接顶未呈现周期性垮落，因此采空顶板以隔离煤柱为准定期进行强制放顶，避免了大面积悬顶造成的来压事故，最终成功实现了赵屋煤业小窑采空区的安全、高效回采。

4 结束语

赵屋煤矿小窑复采的成功应用，充分体现了连续采煤机开采技术机械化程度高、安全性好、设备运行灵活的特点，为同类矿井相似条件下的小窑采空区开采提供了宝贵的开采分析方法以及实践经验，为资源整合兼并矿井走出残采开采困境，也为大型矿井残留煤柱的回收提供了切实可行的技术解决途径。

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[责任编辑：邹正立]

Application of Short-wall Repeated Mining of Small Coal Mine with Continuous Coal Cutter

MA Jin-gong1,2，ZHOU Mao-pu1,2,GAO Yun-feng1,2，SHI Liang1,2

(1.CCTEG Taiyuan Research Institute，Taiyuan 030006，China；2.Shanxi Tiandi Coal Machine Equipment Co.，Ltd.，Taiyuan 030006，China)

In order to solve the difficulty mining problems of residual coal pillar of broken zone of small coal mine，it taking the 15thcoal seam of Zhaowu coal mine as background，short-wall repeated mining with continuous coal cutter was put forward firstly，the application situation were introduced，which include layout method of short-wall roadway，high efficient equipment，tunneling and mining industrial art，ventilation pattern，roadway supporting and roof control and so on.The practical showed that the technology appeared the following preponderance，roadway layout flexibility，equipment safety and high efficient and better for roof control，so the difficulty mining problems that induced by disorder layout of residual coal pillar layout of small coal mine，then the coal resource wasted was decreased of Zhaowu coal mine，the recovery ratio was improved obviously，the problems of sustainable development was impeded and mine life was shorted obviously were solved，it referencing for similar situation.

continuous coal cutter，resource integration，broken zone of small coal mine，shuttle car，forced roof caving

2016-05-10

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.06.011

山西省青年科技研究基金项目：“旺采”条件下地表沉陷规律和预测方法研究(2012021022-2)

马进功(1986-)，男，山西汾阳人，助理研究员，硕士，主要从事煤矿边角煤连续采煤机短壁开采方法及矿山压力控制等方面的研究。

马进功，周茂普，高云峰，等.连续采煤机在小窑短壁复采中的应用[J].煤矿开采，2016，21(6)：38-41，64.

TD823.94

A

1006-6225(2016)06-0038-04