大倾角破碎顶板极其复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采技术研究

王华伟　王延阁　王大勇

摘 要：针对五矿己三采区大倾角破碎顶板极复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采过程中存在的问题，在综采工作面回采期间，通过制定并实施大倾角破碎顶板和极其复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采技术方案，杜绝了采煤工作面煤壁片帮、支架倒架、运输机下滑、顶板漏顶及瓦斯防治等问题，最终实现大倾角破碎顶板极其复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采技术的应用，达到了大倾角破碎顶板极其复杂不稳定煤层综采工作面在俯采时的安全高效生产。

关键词：大倾角;破碎顶板;不稳定煤层;俯采

中图分类号：TD355文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）31-0067-03

Study on the Technology of Overhand Mining in the Fully Mechanized

Coal Face with Large Inclination Broken Roof

WANG Huawei WANG Yange WANG Dayong

（Pingdingshan Tianan Coal Mining Co.， Ltd. No. 5 Coal Mine ，Pingdingshan Henan 467099）

Abstract： In view of the problems existing in the process of sublevel mining of fully mechanized mining face in Jisan mining area of No.5 Coal Mine with large dip broken roof and extremely complex and unstable seam， during the period of fully mechanized mining face， the sublevel mining technology scheme of fully mechanized mining face with large dip broken roof and extremely complex and unstable seam was formulated and implemented， thus the coal in fully mechanized mining face was eliminated. The problems such as wall slope， support inversion， conveyor sliding， roof leakage and gas prevention and control were finally realized. The application of Sublevel Mining Technology in fully mechanized mining face with large inclined broken roof and extremely complex and unstable coal seam was realized， and the safe and efficient production of fully mechanized mining face with large inclined broken roof and extremely complex and unstable coal seam was achieved.

Keywords： large dip angle;broken roof;unstable coal seam;prone mining

綜采工作面要实现安全高效生产，顶板管理是制约生产的关键环节，要提高综采工作面的单产水平，必须从顶板控制、机电设备管理、劳动组织优化、生产工艺调整、生产工序的改进等多方面进行统筹优化与设计。特别是在大倾角破碎顶板极其复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采过程中，顶板控制不到位、支架管理的不合理、可弯曲运输机管理的不科学，导致在生产过程中出现漏顶片帮等顶板事故及机电设备损坏事故，从而降低原煤生产工效，提高机电设备修复的价值率，加大支护材料的投入[1]。而通过实施大倾角破碎顶板极其复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采技术，能提高原煤产量，提升吨煤生产工效，降低材料投入，实现极其复杂条件下综采工作面的安全高效生产。基于此，本文主要对该技术进行研究。

1 综采工作面简述

该采面位于己三采区东翼第五个阶段，上部为已经回采结束的己16-17-23130采面，下部为已回采结束的己15-23190采面，东至边切眼，西至己16-17-23190采面切眼外20m。该采面回采的己16-17煤层倾向NE35°～45°，走向SW125°～135°，倾角8°～12°，煤层厚度2.8～4.2m，平均为3.6m，结构简单，中部夹矸1～2层，为泥岩，局部底板为炭质泥岩，己16煤层为块状片状，己17煤层为片状沫状质软，煤体结构为原生煤体。基本顶为细砂岩，厚度7.0～9.0m，岩性特征，灰白色致密条带状，有时为青色底部含方解石头脉。直接顶为砂质泥岩，厚度3.0～4.0m，岩性特征，浅灰色条带状。伪顶为泥岩或炭质泥岩，厚度0.4m，岩性特征，深灰色泥岩较软易碎。直接底为泥岩，厚度1.0～3.0m，岩性特征，浅灰色较致密块状。基本底为砂质泥岩，厚度5.0～8.0m，岩性特征，灰色，顶部含植物根部化石及菱铁矿结核。

2 综采工作面初采初放概述

己16-17-23152综采工作面初采初放期间，采面切眼暴露1条走向正断层，落差达到8m以上，由于受断层影响，煤层赋存不稳定，造成采面中上部地段煤层上抬严重，局部地段煤层倾角达到25°以上。同时，受断层影响，煤层沿走向一直处于俯采，俯采角度平均在17°以上。在初采过程中，受断层影响，顶板破碎、煤壁片帮、矿山压力显现比较明显。在采面初采过程中，液压支架调整、运输机平直调整、采煤机防止下滑、顶板生产过程中的有效控制、煤壁片帮控制、瓦斯防治措施的落实等问题严重制约了采面安全高效快速推进。

3 大倾角破碎顶板极复杂不稳定煤层俯采顶板控制与管理

大倾角破碎顶板极复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采过程中，工作面受俯采角度作用和受采动影响的矿山压力的共同作用下，在回采过程中，采空区顶板断裂产生的顶板压力将在水平方向沿煤壁方向产生水平应力，在此沿煤壁层面的分力作用下，采空区顶板悬臂岩层的压力将向煤墙方向超前移动，在应力极其集中的情况下，加剧顶板的支撑载荷，最终导致顶板支撑应力失稳，出现顶板裂隙和加速破碎破坏。同时，煤壁的水平位移量也随之增大，导致煤墙支撑应力加大，出现煤壁片帮，煤壁侧支护面积增大、支护强度降低，从而加剧煤墙侧顶板的下沉及破碎，造成顶板维护工作量变大，作业条件恶化。

3.1 采用插斜子调整综采工作面伪倾斜的方法控制顶板

通过插斜子调整工作面伪倾斜的方法使工作面与断层构造带在沿采面煤层沿倾向的夹角减小，从而减少断层构造带在工作面的揭露范围，降低因受断层应力影响造成顶板破碎地段揭露长度和揭露时间，防止因构造地段应力集中，造成顶板大面积空顶、漏顶、煤壁片帮事故。采用插斜子调整伪倾斜工作的施工方法降低工作面俯采角度，调整插斜子的比例为2∶5，即采面机头进5刀，机尾进2刀;施工顺序为：采煤机下端头斜切进刀→推移输送机→顺序移架→割煤→順序移输送机→顺序移架→返刀下行。

3.2 大倾角破碎顶板极复杂不稳定煤层俯采防止顶板漏顶

综采工作面在生产过程中，顶板现场管控是至关重要的环节和要素，特别是在大倾角破碎顶板不稳定煤层和地质构造的共同影响下，严重制约采面正规循环作业和威胁安全生产，因此，在此工作面的特殊地质条件下，顶板控制成为管理重点和难点。在生产过程中，预防顶板空顶、漏顶、煤墙片帮等，是提升吨煤工效和降低安全生产事故的重要举措。防止大倾角破碎顶板极复杂不稳定煤层俯采顶板漏顶措施：移架与推溜方式采用追机移架顺序推溜，支架初始位置距运输机一个移架步距（0.6m），采煤机割煤后，距采煤机3～5m，即操作推移千斤顶进行移架，推溜滞后采煤机12～15m;顶板支护采用交错式移架，即隔一架移一架，或采用追机移架，即采煤机前滚筒割顶煤后，立即进行移架，及时支护顶板。同时，采面顶板铺双层金属网护顶;顶板破碎地段支护采用探木梁支护，即在支架前梁上架设走向木梁，木梁一头搭在支架前梁上（不少于200mm），一头在煤壁侧打上单体柱，单体柱与运输机铲煤板间距不少于0.8m。若顶板空顶时，必须及时刹实背严顶板;严格控制采高，最低采高不得低于2.5m，最大采高不得高于3.6m。回采期间，根据煤层实际赋存条件及时调整采高。

3.3 防止大倾角破碎顶板极复杂不稳定煤层俯采煤壁片帮

综采工作面煤墙片帮是造成顶板漏顶事故的主要原因之一。煤壁片帮使煤壁的支撑应力失稳，造成顶板在支架前方失去了重力方向的有效支撑力，导致矿山压力前移和应力局部集中，加剧了顶板受力不均断裂，形成顶板漏顶。防止大倾角破碎顶板极复杂不稳定煤层俯采煤壁片帮措施：俯采坡度大于17°时，工作面采高控制在2.8～3.0m，遇构造和顶板破碎时，采高控制在2.4～2.8m;采面顶板破碎地段采用注化学材料加固顶板，提高顶板的整体稳定性，从而使压力均匀传递，减少应力集中;加强采面支架管理，在割煤后及时将液压支架护帮板打开，紧闭煤壁，提高煤壁在水平方向上的支撑力度，提高支护强度;沿工作面倾向方向打设背帮单体柱;加强支架管理，确保支架不出现“跑、冒、滴、漏”，使液压支架的初撑力和工作阻力达到要求，防止煤墙片帮;采煤机割煤时，采煤机司机使用遥控器进行远程操作，采煤机司机距采煤机滚筒大于5m以上的距离，防止因采煤机在割煤时煤壁片帮的煤矸石滚落伤人;在顶板破碎地段，煤壁采用打木穿楔的辅助方法加固煤壁。

3.4 防止大倾角破碎顶板极复杂不稳定煤层俯采时支架出现前倾、后倒和下滑

工作面回采过程中，遇到俯采坡度大于17°、断层揭露等地质构造时，煤层的赋存不稳定会造成顶板局部地段突然起伏或上抬时。在拉移支架、上抬支架架脚时，底板与支架底座的摩擦力增大，操作支架比较困难，导致作业工序增加，降低了工作面的循环进度，增加了移架时间和顶板的暴露时间，造成采空区的压力前移至煤壁，导致顶板切顶，煤墙片帮、顶板掉碴，直接威胁作业人员进入煤墙的安全。防止大倾角破碎顶板极复杂不稳定煤层俯采时支架前倾、倒架、下滑的措施：拉移液压支架时，采用带压擦顶移架方式，确保支架前梁与工作面顶板接触严密，严禁出现线接触，提高支架的稳定性;拉移液压支架时，护板帮板带压闭紧煤墙进行移架;拉移液压支架时，支架的后侧护板要提前全部打开，使支架在沿工作面煤壁倾向上有水平应力的作用，确保支架的稳定性;将500mm厚的方木料垫于支架底座下，增大在拉移液压支架时支架底座与采面地板的走向摩擦力;液压支架在操作位后及时升起支架，保证液压支架初撑力和工作阻力达到要求，防止液压支架出现前倾、后倒、下滑;按措施和操作规程要求严格按顺序进行移架，坚持从下向上的施工工序;调整液压支架的站立状态，支架出现歪斜时，顶梁下补打单体液压戗柱辅助移架;拉移液压支架后，为了防止刚移支架处于初撑力支撑阶段与顶板的摩擦阻力减小，容易造成支架失稳，导致支架出现前倾、倒架及下滑等，采取间隔“插花”移架的施工方法，增大支架底座在工作面倾斜方向上的阻力。

3.5 防止大倾角工作面刮板输送机、采煤机下滑

工作面受煤层赋存不稳定因素的影响，造成工作面底板起伏不平，再加上受地球万有引力及工作面坡度的影响，容易造成运输机下滑，运输机下滑使支架的推移千斤顶与运输机的连接装置不能在水平方向上垂直连接，导致运输机径向力剪切力增大，造成设备损坏。同时，随着径向力剪切力增大，消减支架推移千斤顶的轴向力推力，使运输机推不到位置。防止工采面可弯曲刮板输送机、采煤机下滑措施：防止可弯曲刮板输送机向采面机头沿倾向滑动造成煤壁进刀宽度不足，再每次推移输送机后间隔3～5架把支架推移千斤顶打至推移位置;工作面俯采坡度大于17°时，采用分段集中移架移运输机，增强运输机的下滑摩擦阻力;做好采煤机检修工作，使用好采煤机的液压自动抱闸装置;采煤机在上行割煤运行过程中，及时推移输送机，增加采煤机在倾向方向上的摩擦阻力;采煤机在运行至局部坡度较大地段时，要严格控制其速度。

4 大倾角破碎顶板极其复杂不稳定煤层综采工作面俯采回采质量要求

工作面回采期间，严格按照作业规程、操作规程及质量标准化要求进行作业，工作面管理要达到“三平一直，两畅通”;采面移支架、推移运输机必须坚持从下至上的施工工序;工作面过断层、裂隙、等地质构造带时，要加强顶板的现场管理、工程质量管理;工作面严禁超高回采，最大采高不得超过液压支架的有效支撑高度;采煤机司机割煤时，要经常观察顶板、煤壁情况，避免护帮板千斤顶自卸，造成片帮煤或顶板掉矸伤人。同时，要注意移架距离，移架距离采煤机超过规定时，应停止割煤，待移架赶上后，再割煤;在工作面周期来压期间，采面煤壁应采取打贴帮柱、背大板等防片帮措施;顶板破碎时，实行带压擦顶移架。移架时，尽可能停止其他用液，保证拉架力和拉架速度。

5 结语

大倾角破碎顶板极其复杂不稳定煤层综采工作面俯采开采技术方案的实施，提高了综采工作面原煤产量，平均月单产突破10万t;通过各项措施的实施，有效控制了工作面顶板漏顶、煤壁片帮、运输机下滑及液压支架下滑和前倾等问题，克服了影响生产的各种因素和生产环节，实现了工作面的正规循环作业;提高了工作面的吨煤生产工效，保证了安全生产，实现了高效发展，同时为开采同类复杂煤层提供了技术借鉴和施工经验。

参考文献：

[1]徐永圻.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.