综采工作面大角度仰采关键技术研究与实践

罗焕岩　巩红林　张强

摘  要：大兴煤矿S2905厚煤层工作面受地质条件影响，始终处于仰采回采。厚煤层大角度仰角开采工艺复杂，安全管理难度大。工作面开采前对影响回采的各类问题进行探索研究（综机设备改造、优化回采工艺、煤层层位管控、强化帮顶支护、规范操作流程、完善安全技术措施），并制定了针对性解决方案，克服了大角度仰采一系列难题，实现了工作面安全回采。厚煤层工作面大角度仰采技术的成功应用，为今后开采类似工作面积累了经验并提供了技术保障。

关键词：厚煤层;仰采;安全回采

中图分类号：TD823 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）31-0144-02

Abstract： The working face of S2905 thick coal seam in Daxing Coal Mine is always in upside mining and back mining due to the influence of geological conditions. The mining technology of large angle elevation in thick coal seam is complex， and the safety management is difficult. Before mining， all kinds of problems affecting mining are explored and studied （transformation of fully mechanized equipment， optimization of mining technology， management and control of coal seam， strengthening roof support， standardizing operation flow， perfecting safety technical measures）， and targeted solutions are worked out. A series of difficult problems with large angle upside mining are overcome and the safe back-mining of the working face is realized. The successful application of large angle upside mining technology in thick coal seam has accumulated experience and provided technical guarantee for mining similar working faces in the future.

Keywords： thick coal seam; upside mining; safe back-mining

1 概況

大兴煤矿S2905工作面位于南二采区-600m水平，工作面四周均为未采动区，走向468/656m，倾斜152/190m，煤层厚度4.50～6.80m之间，切眼推进468m范围，平均煤厚6.40m，468m至采止线，平均煤厚4.80m，总储量140.12万吨;煤层呈黑色，块状构造，质较纯，以长焰煤为主，煤层倾角12～20°，仰采角度8～14°;工作面煤层结构复杂，夹石0～6层，以粉砂岩和细砂岩为主，硬度小，顶底板岩石情况见表1。

本区域断层构造发育，工作面及两顺掘进时实见5条断层，落差在1.1～5.3m，断层控制可靠，但对回采有较大影响。工作面“陷落柱”构造较发育，主要由沉积角砾岩块、煤块、火成岩块组成，规模为3～20m不规则的圆形，对回采有一定影响。

2 设备选型

工作面设备选型：MG650/1640/3.3型采煤机，装机总功率1640kV，切割电机功率650kV，滚筒直径2.7m，采高3.2～5.13m;SGZ1000/2×855/3.3型刮板输送机，装机功率2*855kW（双速）;ZY10000/27/56型支撑掩护式液压支架，初撑力7726～8041kW，支撑高度2.7/5.6m。

运输顺槽设备选型：ZZD25000-25/50型端头液压支架，支撑高度2.5/5m;ZT-9200/27/47型替棚支架，支撑高度2.7/4.7m;PCM250型破碎机，功率250kW; SZZ1000/525型转载机，功率525kW。

3 影响安全回采因素

S2905工作面煤层厚度4.50～6.80m之间，平均煤厚4.80m，煤层倾角12～20°，仰采角度8～14°。大采高工作面按此仰采角度回采，对安全回采和综机设备造成极大威胁，主要体现在以下几方面：（1）工作面大仰角回采，存在大面积片帮和采煤机甩块危及下帮作业人员安全的隐患。（2）大面积片帮造成长时间空顶，极易引发掉顶、冒顶事故，从而影响工作面安全回采。（3）大角度仰采对综机设备磨损十分严重，设备检修工作量大，且作业难度大。（4）8～14°仰采和12～20°煤层倾角，双向倾斜增加了机道作业及护帮护顶作业的施工难度，也对工作面设备检修、生产作业、人员行走和运料等安全工作造成极大威胁，容易导致人身伤害事故。

4 回采方案设计

工作面在安装前，通过综合评估矿井隐患治理能力和采煤技术水平，从经济效益和安全回采两方面综合考虑，最终选用ZY10000/27/56型支撑掩护式液压支架及配套综机设备进行回采的精采细收方案。

4.1 方案优、缺点

工作面选用ZY10000/27/56型支撑掩护式液压支架及配套的综机设备回采。优点是该架型最大支撑高度5.6m，采高大，回采率高，经济效益好，延长了工作面回采时间，提高了采区服务年限，缓解了采掘接续紧张的问题。缺点是片帮、采煤机甩块等安全隐患多，综机设备磨损严重，检修工作量大且检修作业难度大，不利于安全回采。

4.2 方案预期效果

S2905工作面选用与煤层厚度相匹配的综机设备回采，虽增加了开采难度，但可提高煤炭回收率，降低吨煤成本，预计增收煤炭8～10万吨。

5 技术特征

S2905工作面8～14°大角度仰采，生产过程中随时存在片帮和采煤机甩块危及下帮作业人员安全，大面积片帮发生顶板事故，机道作业及护帮护顶作业安全隐患多，工作面作业人员易滑易摔等隐患，严重影响安全回采及人身安全。工作面在安装前通过对综机设备改造，优化回采工艺、完善安全措施、规范操作流程等一系列举措，确保实现工作面安全回采。

5.1 综机设备改造

工作面始终处于仰采状态，针对综机设备倾斜受力不均导致设备磨损严重，使用周期缩短;煤壁片帮影响下帮作业人员安全;落煤时大块的煤岩容易砸坏综机设备;移动设备无法按照正常轨迹运行等方面问题。采取了改造及加固综机设备措施，确保适应工作面开采要求。

（1）采煤机机身浮货防坠装置。生产过程中片帮及机身超前移架作业掉落的煤岩堆积在采煤机机身形成堆货，由于采煤机机身向下帮倾斜，在运行过程中机身的浮货、浮块掉落在架前，容易砸伤采煤机附近作业人员，掉落到电缆槽的煤岩块也会增加电缆夹运行阻力，发生刮卡造成电缆损坏，影响开机率。针对此问题采取在采煤机机身下帮侧上沿加设防坠挡矸装置（高度在400mm），减少掉货量，保证了人员安全和生产顺畅。（2）采煤机导向滑靴耐磨加固。采煤机装机重量达85T，机身倾斜角度与仰采角度相同，两个导向滑靴承重增加磨损加快，缩短了导向滑靴使用周期增加了检修工作量。根据导向滑靴既要保证耐磨强度，又要保证韧性要求，通过对原有导向滑靴磨损面补焊高强度钢板，增加耐磨使用周期，减少导向滑靴更换频次。（3）采煤机电缆夹防出槽装置。电缆夹在运行过程中，机头机尾和中间折返位置受重心影响容易掉落到下帮，发现不及时即可能造成电缆损坏影响生产。通过对电缆夹折返位置安设防出槽加高板，并在加高板板面固定防滑胶垫，可防止电缆夹掉落和窜动。（4）片帮挡货装置。工作面煤帮形成伞檐，受重心和煤层裂隙影响煤帮极易片帮，片帮的煤岩块容易落到架内或落到架前经弹射二次落入架内，这一隐患严重威胁架内作业人员人身安全。采取安设片帮挡货装置，保证了架内作业人员安全。此装置是将胶带通过固定架安装在液压支架2个大柱之间（高度1.2m），每3架一组，每组之间留有1架不安设，便于人员通行。（5）人员防滑、防倒装置。受8～14°仰采和12～20°煤层倾角双向倾斜角度影响，工作面人员作业及行走非常困难，滑倒摔倒概率极高。通过在架内脚踏板下四角安设可调高度的螺栓，用调高螺栓调整脚踏板成水平面，使液压支架脚踏板成楼梯台阶状，便于人员作业和行走。

5.2 生产工艺

厚煤层大角度仰采工作面与普通采煤工作面相比，隐患多，安全管理难度大。针对制约安全生产的各类隐患，通过完善生产工艺、加强层位管控，采取针对性安全管理措施，保证安全回采。

（1）单向割煤。生产过程中由于采高较大且仰采原因，工作面出现大面积片帮和采煤机甩块，对机身附近的作业人员人身安全构成威胁。采用单向割煤生产工艺，采煤机从机尾向机头割煤，只割顶刀，不收底刀，顶刀过后及时移架支护，减少煤壁上半部片帮量，采煤机收底刀时支架一级护帮板不收回。即使发生片帮，煤岩块也掉不到下帮，起到保护设备和人员安全的作用。（2）层位管控。工作面层位按煤层顶板回采，回采过程中通过分析研究S2905地质资料并结合两顺巷道坡度，分区段制定仰采抬底角度，将仰采角度控制在10～12°合理范围。（3）地质构造区域层位控制。工作面断层非常发育，断层区域层位按下盘顶板回采，破上盘顶板岩石过渡，禁止顶板留煤，防止发生内因火灾。（4）顶板管理。顶板管理是安全回采的关键，也是影响回采率高低的决定因素。通过控制采高，掌握周期压规律，保证液压支架支护状态和初撑力，正确使用液压支架护帮板和伸缩梁，片帮区域及时超前移架等，保证了顶板稳固。（5）综机设备维护使用。设备检修侧重于大角度仰采对设备磨损严重的部位，设备处于倾斜状态部件连接销轴和螺栓容易出现断裂窜出等关键部件。另外，强化生产过程中的设备使用管理，严格按照设备使用流程操作，杜绝综机设备带病运转。

5.3 安全管理措施

厚煤层大角度仰采工作面与普通采煤工作面相比，制約安全回采的因素增多，常规采煤作业规程和安全技术措施无法指导安全回采。针对厚煤层大角度仰采带来的各类安全隐患，通过完善作业规程和安全技术措施，制定采煤工作面作业人员安全站位管理办法，实现工作面的安全回采。

6 取得成果

（1）S2905厚煤层工作面大角度仰采技术的成功实施，增收煤炭8.1万吨，增加经济效益530万元。（2）厚煤层大角度仰采技术的成功应用，不仅实现了精采细收，增加了经济效益。同时，缓解采掘接续紧张的局面，延长了矿井服务年限。（3）通过对现有综机设备改造，提高了综机设备适应采场条件的能力，实现了综机设备逐渐向本质安全型的转变。（4）围绕厚煤层大角度仰采带来的各种弊端采取针对性措施，取得了较好的效果，为今后开采类似工作面积累了经验并提供了技术保障。

参考文献：

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[3]贾川，何维胜.羊场湾煤矿大采高综采大倾角仰斜开采技术研究[C]//全国煤矿复杂难采煤层开采技术，2012.