薄煤层综采面切眼布置的创新技术探讨

董文龙

（南煤集团 南庄公司，山西 阳泉045000）

1 矿井概况

阳泉市南庄煤炭有限责任公司隶属南煤集团公司，改造后矿井核定生产能力1.20 Mt/a。井田面积为11.1278 km2，可采煤层为3#、6#、12#、15#。 其中主采煤层为12#、15#两层，3#、6#为局部可采煤层。 地层产状比较平缓，煤层赋存比较稳定，地质构造简单，2005年在12#煤投产薄煤层综采工作面。

12#煤层属特低～富灰、中硫～中低硫、高发热量之无烟煤。

2 实际工作中存在的操作难点

12#煤层平均采高为1.4 m，为了适应综采支架安装，在2118综采工作面切眼巷施工时采用沿煤层底板、全断面破顶掘进，巷道实际高度2.8 m。原设计是在12#煤工作面初采过程中，支架必须随工作面推进逐步降低支撑高度到煤层厚度（1.4～1.6 m），使综采支架最后直接支撑煤层顶板。实际操作中存在以下难点：

1）工作面中间架为ZY3000/09/20型掩护式液压支架，工作阻力为2738～1989 kN，升降高度为900～2000mm，实际支架最大支护高度为2 m。而切眼巷沿12#煤层底板掘进，巷道高度为2.6～2.8 m（沿稳定层搁顶），支架全部伸起不能直接接顶，需在支架顶部采用木垛来接顶，接顶的质量难以保证，导致支架初撑力不足，移溜时推力不足。

2）初采期间切巷掘进支护存在悬空，顶板不能及时垮落，支架后部不能被冒落矸石充填，设备推进困难，不能在短时间内使悬空顶板的冒落以达到充满采空区的要求，极易形成局部瓦斯积聚区，存在安全隐患。

3）12#煤层顶板为碳质泥岩，比较破碎，机组割煤后顶帮随采随冒，综采支架穿层推进增加了顶板维护难度，造成了安全隐患。采用打木垛的方式接顶10天左右，效果不好，又在支架顶梁下向前上方打膨胀管来维护顶板，并及时移架接顶，采用此方法1周后支架才完全推进煤层中直接支撑煤层顶板，影响了生产进度。

3 2119 工作面的设计

在2119工作面的设计上必须着重解决以下问题：

1）重点解决支架推进过程顶板管理困难的问题；

2）解决支架初撑力不足的问题；

3）解决采用锚网支护后顶板难以垮落并因此引起的瓦斯管理困难问题。

由于12#煤层顶板为碳质泥岩，节理发育，破碎，机组割煤后顶板会随采随冒，综采支架无法穿层推进煤层，有时顶板冒落太高，需继续在支架顶梁上打木垛接顶，从而增加了顶板维护的难度和不安全性，造成支架初撑力不足，无法推溜或推溜力不足。设计要求加强顶板管理逐步使支架随工作面推进，逐步降低到高度1.4～1.6 m从而完全进入煤壁，实现正常回采。针对顶板随采随冒的问题，采取在支架顶梁上架设木垛效果较差，于是采取在支架顶梁下向前上方打膨胀管维护顶板，及时移架接顶。

在切眼巷设计时直接将支架降到煤层高度，将支架顶梁前部分完全伸入煤层后伸柱接顶，将底座放在切眼巷后部起支撑作用，初步具备在切眼巷布置前、后腰巷的设计构想。使支架顶梁前部分伸入煤层中，采煤机割煤过后通过及时拉架可完全控制顶板冒落，解决了回采初期顶板管理的难点。

支架安装时顶梁靠支柱的液压作用完全接顶，保证了支架的初撑力完全达到设计要求。由于前腰巷设计高度为煤层厚度，沿煤层底板炮掘煤层部分，采用单体液压支柱和半圆木梁做临时支护来支护顶板，降低了锚网支护面积，保证在回采后支架顶板及时垮落填充采空区的要求，有效防止支架后身形成瓦斯积聚区，利于工作面初采期间的瓦斯管理。

4 试验进程和效果分析

4.1 工作面概况

（1）概述：2119工作面相应地表位于虎河沟顶端，地表地势南高北低，标高+850～+1047 m，盖山厚320～517 m。2119工作面井下位于2117工作面尾巷西侧180 m，呈南北方向分布。工作面南与12#煤的采区轨道巷相接，北邻矿界50 m，西部为未采区，工作面上部有阳煤集团二矿3#煤的采空区深入2119工作面350 m。

（2）煤层及顶、底板：底板为1.8～2.0 m的灰白色细砂岩，较硬，抗压强度为45.06 MPa，在底板与煤层之间有一层0.2～0.4 m的黑色碳质泥岩。12#煤层平均厚1.4 m，节理发育，距顶0.3 m发育一层0.2～0.4 m的夹石。直接顶为一层厚6 m的碳质泥岩，呈灰黑色，块状构造，节理发育，普式系数为2.2，抗拉强度为3.80 MPa，抗压强度为21.62 MPa，属中等稳定顶板。

（3）储量：2119工作面走向长864 m，倾向长180 m。按煤层的平均厚1.4 m、容重1.4 t/m3计算，工作面的资源储量为0.305 Mt，可采储量为0.30 Mt。

（4）构造：2119工作面处在一个小型的宽缓向斜轴部，此向斜的轴向60°，地层倾角一般在7°左右。在已揭露的巷道中，发现有3个正断层，断距一般在1 m左右。

（5）瓦斯：12#煤的瓦斯含量为19.39m3/t，由于工作面处在向斜轴部，在回采中要加强通风和瓦斯管理工作，使瓦斯对生产的影响降低到最小程度。

（6）水文地质条件：2119工作面的上方有阳煤集团二矿3#煤的采空区沿走向方向伸入350 m，据调查此采空区有大量积水。在2119工作面回采前，矿井对此采空区的老空水进行了探放。工作面北部为西峪小煤窑12#煤采空区，此小煤窑含有大量的积水。同时此小煤窑的越界情况不清楚，因而开采前在切眼内落山侧先打一排煤钻孔，以确定2119工作面的隔水煤柱的安全性，同时在开采过程中应加强对工作面落山侧涌水量的监测。

4.2 工作面切眼巷实行前、后腰巷后的安装工艺

（1）液压支架由回风顺槽运进,从运输顺槽端头开始安装，安架顺序：1#～120#。

（2）液压支架安装时将将所安装支架前侧的前腰巷3 m范围内的单体液压支柱拆除，就近在平行于切眼方向架设2根4.2 m半圆木梁来临行维护顶板，直到工作面全部安装完毕后再降架拆除半圆木。

（3）液压支架运输接近指定安装地点时，用回柱机将支架从拉架车上卸下，进行调向、定位。卸架前清理干净周围的杂物，保证卸架安全。在卸架与调向过程中，保证钢丝绳与支架连接牢固可靠。

（4）1#架到位后，调整方向，先安装支架底座和前生产溜的联结装置，当销孔对齐后，上销固定，然后接通管路，升架接顶，伸出前探梁顶死煤帮。

（5）以此类推，调向安装2#～119#架，注意：1#～4#架以及118#～120#架均为过渡架， 在升架接顶后要及时伸出前探梁顶死煤帮。

（6）120#的架安装。120#架在切眼口完成调向，利用绞车配合单体柱紧靠119#架安装，具体的安装方法与1#架相同。

4.3 支架钻进过程

工作面一次采全高，全部垮落法管理顶板。采煤机采用端头斜切进刀方式，采煤机前后滚筒与生产溜的铲煤板相配合，将截割下的煤装入生产溜内，工作面内过渡架采用本架操作，中间架的移架、移溜采用邻架操作。当割第一刀煤移架时，降架幅度控制在100mm左右，要求缓慢分次移动，逐步达到滚筒截深。

4.4 效果

采用前、后腰巷设计后，初采时有效地控制了顶板，提高了回采速度，前腰巷没有采用永久支护，可提前使支架后部的顶板冒落，缩短老顶初期来压时间，利于瓦斯管理。

5 将工作面切眼巷布置为前、后腰巷

后腰巷断面宽×高为：3.5 m×2.8 m（沿稳定层搁顶），采用“锚索+金属网+锚杆”联合支护，半煤岩综掘机沿煤层底板掘进；前腰巷断面宽×高为：2.5 m×1.4 m（煤层厚度）,单体液压支柱+半圆木梁做临时支护，采用炮掘的方式沿煤层底板掘进煤层部分；支架安装时拆掉安装支架前侧的临时支护，将支架顶梁直接插入前腰巷后及时升柱接顶，有效地控制了顶板，确保了工作面初采时的顺利进行，这项创新在12#煤2119工作面的回采工作中获得了成功。2119开切眼断面见图1。

图1 2119开切眼断面 单位/mm

6 经济效益分析

1）支架顶梁前部分已伸入煤层中，采煤机割煤过后通过及时拉架便可完全控制顶板冒落，

2）支架在安装时顶梁靠支柱的液压作用已完全接顶，保证支架的初撑力达到设计要求。

3）由于前腰巷设计高度为煤层的厚度，即沿煤层底板炮掘煤层部分，采用单体液压支柱+半圆木梁做临时支护来支护顶板，这样可降低锚网支护面积，可保证在回采后支架顶板能及时垮落以达到充填采空区的要求，这样可有效防止支架后身形成瓦斯积聚区，利于工作面初采期间的瓦斯管理。

4）前腰巷只炮掘煤层部分，且采用单体液压支柱+半圆木梁做临时支护来支护顶板，提高了掘进进度，减少了出矸量和支护材料，而且不用在顶梁上支设木垛接顶，降低了坑木的使用量。

〔1〕徐廷甫.极薄煤层爬底式高效综采技术[M].中国矿业大学出版社，2011（9）：23-31.

〔2〕周 伟，朱宗磊.薄煤层综采工作面转采及收尾技术研究[J].中国高新技术企业，2010（22）：165.

〔3〕王文星，张 勇，柳海滨.薄煤层综采工作面撤面造条件安全技术研究与应用[J].黑龙江科技信息，2013（19）：68.