厚煤层综放工作面端头三角煤回采方法研究

张言

（冀中能源峰峰集团 大淑村矿，河北 邯郸 056300）

1 概况

大淑村井田位于峰峰矿区东北部，2003 年底建成投产。矿井设计生产能力90 万t/a，经过技术改造，2020 年核定生产能力为150 万t/a，矿井为煤与瓦斯矿突出矿井。2 号煤层属二叠系山西组地层，煤层赋存稳定，一般厚5.6 m，局部煤层厚度略有变化。煤层直接顶以粉砂岩为主，平均厚度6.5 m，直接底板以粉砂岩为主，平均厚度10.8 m。水文地质条件简况，老顶砂岩含水层富水性较弱。长期以来，该矿综放工作面布置采用摸顶掘进摸底回采，工作面一般布置为ZF4000/16/28 型基本架和过渡支架ZFG5000/20/35 型综放支架，上下端头及超前支护使用单体支柱配合1 m 金属铰接顶梁支护顶板，煤厚平均在5～5.5 m，造成了上下端头三角煤的丢失。大淑村矿南翼地区为三下开采，工作面多为条带布置，长度60 m 左右，条带布置的综放工作面上下端头三角煤损失在工作面储量中所占比例尤为明显。矿方2018 年在172401 工作面上端头ZFG5000 过渡支架顶梁上，第一次安装使用叠型支架，增加支架高度，使3.5 m 高的支架增高到5 m，用来回收上巷内巷道底煤及上端头的三角煤，使用效果良好。2019 年在172401 工作面上端头叠型支架的基础上和天择公司共同研发了ZT6800/26/55 型端头支架并应用在172404 工作面，使最大支护高度达到5.5 m，上超前支护配套使用了与天择公司共同研发的ZQ1800/19/40 门式支架，实现了工作面上端双错布置。该工艺解决了综放工作面在摸顶掘进摸底回采过程中上端头三角煤和巷道内底煤的回收问题。同时，上超前支护采用了门式支架后，加强了超前支护强度，为安全生产打下基础。为了解决下端头三角煤，狂放和天择公司共同研发了下端头 ZQT6800/26/55 支架及ZFG6400/20/40 型过渡支架和下超前支护ZQ1100/20/45 型配套门式支架，形成了172402 工作面上下端头双错工作面布置形式，解决了上下端头三角煤回收难的难题。

172402 综放工作面平均煤厚5.6 m，走向长609 m，倾斜长70 m，平均倾角10°，采用摸顶掘进巷道，摸底回采工作面。目前工作面布置40 个支架，上下端头各布置2 个端头支架，工作面合计布置44 个支架。工作面上顺槽使用ZQ1800/19/40型超前门式支架进行支护， 下超前采用ZQ1100/20/45 型超前门式支架进行支护。

2 工作面上下端头顶板双错支护技术

2.1 上端头顶板双错支护

172402 工作面在上端头布置 3 架ZFG6400/20/40 型过渡支架、1 架ZFG5000/20/35型过渡支架，巷道内布置2 架ZQT6800/26/55 型端头支架，配合上巷布置33 架ZQ1800/19/40 型门式支架，形成上端头双错布置，如图1 所示。

图1 超前支护布置图和上端头布置双错支护示意Fig.1 Layout of advance support and double staggered support at the upper end

其中ZFG6400/20/40 型过渡支架摸底回采，支架顶部托顶煤1.5 m 左右，ZQT6800/26/55 型端头支架摸顶、摸底回采，与ZFG6400/20/40 型过渡支架间使用特制侧护板进行封帮，实现托顶煤摸底回采的顶板错落布置。通过3 次不同支护高度的支架进行过渡，达到将1.5 m 左右的顶板错差进行过渡完毕，保证工作面煤壁不片帮流煤。同时，上端头3 个支架通过铺设塑料网，与原煤壁侧塑料连锁，形成二次防护，保证顶煤稳定。支架过渡方式如图2 所示。

图2 端头支架过渡支护示意Fig.2 Transition support of end support

ZQT6800/26/55 型端头支架布置在巷道上端，摸煤层底板，ZQ1800/19/40 型门式支架布置在原掘进巷道（即运料巷超前支护），与ZQT6800/26/55支架在底板存在1.5～2 m 落差，形成底板错落布置。端头支架与门式支架动态搭接，随工作面回采往外进行运移架作业。目前，上超前支护门式支架采用支架运输车进行外运移架，已经使用3 个工作面，取得较好实际效果。

2.2 下端头双错布置情况

172402 工作面下端头双错布置主要有3 个主要特征。

（1） 172402 工作面下顺槽皮带及转载机布置与以往不同。由于巷道内布置端头支架，转载机布置在下巷下帮。该布置的主要特点是将下端头支架管理与工作面支架进行统一管理，实现工作面支架与端头支架协调一致，便于下端头管理。

（2） 172402 工作面在下端头布置3 架ZFG6400/20/40 型过渡支架，巷道内布置1 架ZQT5000/26/55 和1 架ZQT6800/26/55 型过渡支架，配合下超前布置15 架ZQ1100/20/45 型门式支架，形成下端头双错布置格局。 工作面机头ZFG6400/20/40 型过渡支架摸底回采，支架顶部托顶煤1.5 m 左右，ZQT6800/26/55 和ZQT5000/26/55型端头支架摸底回采，与ZFG6400/20/40 型过渡支架之间使用特制侧护板进行封帮闭锁，实现托顶煤摸底回采的顶板错落布置。下超前使用ZQ1100 型超前门式支架，布置在超前支护人行道侧，与ZQT6800/26/55 和ZQT5000/26/55 型端头支架底板落差1.0 m 左右，形成底板错落布置。

（3） 下端头实现双错布置工艺的关键因素在转载机超前处理方面。为保证ZQT6800/26/55 和ZQT5000/26/55 型端头支架摸底回采，将转载机布置在巷道底板上，需要超前对桥式转载机进行卧底处理，保证转载机摸底拉移。

图3 下端头顶底板双错布置支护示意Fig.3 Layout of double staggered support of roof and bottom in the lower head

2.3 取得效果

（1） 经济效益。172402 工作面上下端头采用双错布置方式后，工作面整体提高了回收率，按传统综放工作面上下两头底煤长度15 m，巷道4.6 m，按市场原煤价格700 元/t 进行计算，创造效益4130 万元。

（2） 安全效益。下端头使用端头支架与超前支架综合支护方式后，增加了下端头和超前处理的支护强度，降低挂梁期间人员高空作业的风险，避免了因反复支撑顶板易破碎的问题，有利于巷道的顶板管理。

（3） 社会效益。172402 工作面可采储量34.4万t，通过上下端头双错布置，多回收原煤6.45万t，提高了煤炭回收率，工作面服务期限延长近1 个月，有效缓解了工作面衔接紧张的局面。采用端头及超前支护技术后，下端头全部使用支架支护，减少传统超前支护工序，每天可多割1 刀煤，生产效率提高25%以上，为工作面快速推采奠定下良好基础。

3 结语

通过对厚煤层综放工作面上下端头顶板支护的研究，研究工作面上下端头顶板双错支护技术，较好解决了三角煤回收问题，具有较强的适应性，在峰峰集团取得了不错的效果，对回采工作面上下端头管理具有一定借鉴意义。