煤矿综采工作面低位放顶煤回采技术研究

曹 浏

（潞安化工集团高河能源有限公司，山西 长治 047100）

1 工程概况

1.1 区域情况

（1）地面位置：该工作面的上方是耕地，东面有村庄，西面是工业园区，生产企业比较多，西部为村庄，北部分布着铁路线路。

（2）井下位置：W2303工作面是主要的开采工作面，在南、北、西面都是没有开采的作业范围，东部是北翼大巷。

（3）煤层位置：W2303面的回采为3#煤层。

（4）埋藏深度：475.2～537.1m。

（5）煤层间距：经过测量后确定3#煤底板与9#煤底板之间的距离平均是65.4m。

1.2 工作面参数

（1）切眼和巷道参数：辅运顺槽长1733m，胶带顺槽长1731m，进风顺槽长1733m，进风Ⅱ段长642m，回风顺槽长1783m，切眼长189m。

（2）工作面储量：经过对工作面的现场测量分析，发现其剩余可开采的长度为527m，煤层厚度平均为6.45m，容量1.4t/m3，回收率为93%，则：

动用储量：（527×189）×6.45×1.4≈89.9×104（t）

可采储量=动用储量×93%=89.9×93%≈83.6×104（t）

可采期：[1/2](527+527)÷(0.8×4）=165(d)

其中：0.8为循环进度，4为日循环个数，见表1。

表1 工作面参数及储量表

2 采煤方法及其工艺流程

2.1 工作面巷道及设备布置

工作面切眼和巷道参数：辅运顺槽长1733m，胶带顺槽长1731m，进风顺槽长1733m，进风Ⅱ段长642m，回风顺槽长1783m，切眼长189m。

2.2 循环工艺

2.2.1 进刀方式

工作面开采选用端部割三角煤斜切进刀的方法，距离控制在45m以上，作业速度和效率合格，完全符合循环作业的标准。

2.2.2 推溜、移架方式

在工作面使用液压支架的方式推溜千斤顶实现前移架的回收和使用；确保推溜、移架等工作都需要在该架的基础之下完成，作业达到安全性要求[1]。

2.2.3 采放比以及回收操控

按照技术标准的要求，采放比设定为1∶0.84，通过应用支架尾梁摆动的方法实现放煤的处理，并利用两人双轮顺序放煤的方式，其步距设定为0.8m，端头顶煤应按照随采随落的方式进行。在循环作业时，根据一刀一放的操作方式进行，放煤按照要求进行，只要是发生输送机停止运行的情况，立即停止放煤作业。

2.3 技术过程

2.3.1 割煤、装煤、运煤

在工作面中选择应用MG400/930-WD 电牵引双滚筒采煤机（滚筒有效截深0.8m）进行割煤。其技术特征见表2。

表2 采煤机主要技术特征表

在进入到正常割煤的作业之后，前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤。在采煤机正常开始运行后，滚筒正常的转动，通过使用截齿将煤割入到滚筒内，然后再利用结构内部的螺旋叶片装载到刮板运输机内，有一些煤会通过铲煤板直接装入到运输设备内，还有很少的煤在支架与前溜间浮煤，并且将其装载到前刮板运输机内。割煤机进刀方式见图1。

图1 割煤进刀图

在操作环节，需要将采煤机割下的煤放入到传输内，底煤放入到前部，顶煤放入到后续，利用刮板运输机完成运输作业，而后再应用转载机、胶带运输机等设备运输到规定区域范围内。结合工艺方案的要求现场作业时采高设定为3.5±0.1m，并且根据需要进行“三直一平”的标准开展施工。

2.3.2 移架

本次在煤矿开采的环节选择应用ZF8500/22/42 型四柱支撑掩护式低位放顶煤液压支架，主要是通过手动的方式进行操控，移架步距设定距离为0.8m。在操作过程中按照工艺顺序完成操作，且在移架作业之后及时进行前后立柱、前梁的处理，最后对侧护板安装。待以上工序完毕以后，需要将移架设置在滚筒后部5m左右的位置，并对顶板进行支护，支护期间结合顶板的工作状态，操作时紧跟前滚筒拉架。针对局部的煤墙片帮比较宽或者顶煤在破碎的条件之下，通过应用超前移架或者超前拉架的方式完成顶板的控制，达到开采作业的标准和要求。

此外，在移架开始之前要对现场的后尾梁以及插板与后溜高度的控制，使其保持在合理的范围。对侧护板收起操作，需保证下方没有任何操作人员，且不能和相邻支架存在干扰的情况；移架操作保持一定的压力，并且达到稳定、平直性的要求；升柱操作中，支撑作用力达到24MPa；打出逼帮板。现场操作中注意观察周边区域，不能挤压管道与线缆。移架后，控制支架的角度俯仰角控制在7°以内，错差必须在侧护板的2/3以内，且支架接顶保持严密性支撑力达到24MPa[2]。

2.3.3 推前部刮板输送机、拉后部刮板输送机

推前部运输机的距离控制极为重要，应确保其在后滚筒15m的位置上。拉后部运输机要在放煤20m以后进行，并且按照单向顺序的方式禁止，不能直接从两端直接向中心拉运输机。在上述的操作中应保证相邻五组支架千斤顶逐一进行施工，要保持设备运行的稳定性，弯曲长度在30m以内，运输时不能发生急弯的情况。推拉工作结束后手把回零，应确保前、后部运输机按照直线的运行。此外，在操作阶段禁止停机的环节要做好推、拉运输机正常的工作，预防出现卡链事故的问题。

2.3.4 放顶煤

放煤需要在后滚筒30m的位置上进行，移动支架、后部刮板机投入运行后才能开始放煤处理。放顶煤操作时，若发生运输机停止运行的情况，就要及时停止放煤作业以确保作业的效果符合要求。

（1）放煤工艺流程为：放煤采用两人循环作业方式进行，分别进行初放、补放作业，保证放煤的效果。在进行移架操作之后，在后续运输机投入到正常运行后即可进行放顶煤的工作，且范围实现在1#～119#架之间。只要是输送机停止工作，放煤也要就此停止，不再继续作业[3]。

（2）放煤步距：0.8m，一刀一放。放煤操作：收回插板，调整尾梁千斤顶的位置，确保尾梁回收到规定的部位上，并将放出顶煤之后再传输到运输机内。通过反复多次的尾梁收缩处理，将大块的煤炭进行破碎处理。放煤工作完成后及时提升尾梁，伸出插板并加强后部运输机的保护管理。放煤环节每一次放出顶煤的1/3～1/2，间隔10～20 架的距离，第一轮放煤工作完成后，间隔规定时间在进行第二轮放煤。通常来说，两轮放完即可结束，特殊情况下才会放第三轮。同时在操作环节，需要加强放煤质量管理，必须由专职人员进行放煤操作。放煤过程中应该随时掌握后续运输机的煤量数据，预防出现压溜的问题；同时在操作环节，随时监督检查煤流内矸石涌出的情况，需要做到见矸关窗，保证含矸率在合理的范围内以提升回收率。如果现场施工中遇到硬度较高的顶板结构，通过使用反复升降支架以及尾梁的方式进行顶煤垮落操作，放煤工作全部结束后使得插板与后溜间隔在300mm以内[4-5]。

2.3.5 运煤

现场作业机组在工作中割下的底煤以及支架放下的顶煤分别应用前、后两部运输机运输到端头部位上进行卸载，通过设备逐步地提升到地面。

3 巷道支护及顶板管理

为了有效地进行W2303 各个工作面顺槽支护管理，确保现场的通风、排水系统可以正常的工作，达到回采顺利完成的效果。在现场的回采操作中组织专业技术人员定期进行巷道支护效果的检查主要采取如下的维护方式。

3.1 钻场、横贯支护管理

W2303工作面胶带顺槽中要设置抽采钻孔环节应该设置钻场，本次开采作业应用的是梯形钻场的形式，尺寸设置为7m(3.0)m×3.6m×3m（长×高×深）。为了使得现场顶板符合稳定性标准，通常要超前50m 工作面实施支护作业。钻场应用不同长度的大板架设置3架一梁的两柱单体柱大板棚。同时，W2303 工作面在作业之前需要超前50m 进行横贯部位上的木垛支护作业，即是在胶带与辅运侧横贯口部位上设置2个木垛，辅运侧在支护工作结束后，在外侧设置砖混结构进行密封处理，以达到密闭性的要求。

3.2 回采时巷道管理的注意事项

（1）回采工作实施前先进行巷道支护状态的检查，如果发现该部位上有严重变形问题，需要应用超前架一梁二柱单体柱大板棚等设施完成支护处理，同时还要对现场实施变形监测控制。

（2）回采工作实施之前，进行皮带机头部位上行人通道的清理处理，保证没有积水、淤煤的情况存在；现场作业通道内，皮带一侧要设置防护网的结构，满足现场作业安全性标准。

（3）回采工作结束后，每一周由作业班长进行全面性检查，如果存在变形问题或者底鼓的状况，立即组织现场人员进行检修处理，以消除事故的问题。

（4）在工作面回采工作高速进行之下，沿着空留巷留设的综合管网应用4 分钢丝绳重新吊挂处理，间隔5m布置一个吊点。

（5）回采作业时容易发生采动影响较大的部位，应提前进行加固处理，此外，也可以选择应用超前架棚落实维护管理。

（6）回采工作开展之前，切眼机尾回风巷中编制梁棚，确保规格与尺寸符合巷道的要求。

4 沿空留巷顶板管理

4.1 沿空留巷支护方式

在进风顺槽Ⅱ段进行沿空留巷，沿空留巷宽度3.5m，同时在空留巷上应用柔模混凝土墙体施工技术进行处理。

4.2 柔模混凝土配比

标准见表3。

表3 C30泵注混凝土初步配合比

混凝土基材质量技术标准：

水泥：42.5R普通硅酸盐水泥；

砂子：二区中砂，水洗砂，泥或石粉含量小于3%；

石子：5～20mm 连续级配碎石，含泥量小于1%，石粉含量小于0.5%。

4.3 柔模混凝土墙支护参数

（1）柔模混凝土墙支护采用锚杆的方式，钢带连接采用∅14mm圆钢进行连接。

（2）切顶挡矸设计：在工作面排尾3#支架到机尾顶板的结构上设置柔性网的形式，在进行割煤之后紧随尾梁沿着采空区进行点柱的设置。在柔模包设置前应用单体柱回撤的方式设置，禁止把单体柱直接打入到采空区内。如果使用上述的操作方式柔模搭设空间难以满足要求时，需要在割煤后紧随排尾3#架沿着采空区设置一梁两柱圆木大板棚支护形式进行支护。

（3）浇筑空间支护设置时，临时支护采用的是一梁二柱单体柱道木抬棚，永久支护应用的是柔模混凝土浇筑方式。

（4）现场临时采取支护措施，即：超前工作面30m与滞后工作面180m 区间设置支护措施，其结构形式为：单体液压支柱+π型梁。

（5）高顶区柔模打设要求：

①进风顺槽内有巷道高顶区，回采操作中将原柔模的规格支护不能达到要求的部位，同时结合实际情况及时调整。

②根据制定和实施的回采工作计划，提前统计规划设计回采区的高顶区，结合高顶区的高度要求，由专业的厂家进行柔模包的制作，使其满足现场应用标准。

③为了提升柔模结构的稳定性，在打设作业全部结构后，紧贴柔模包设置4.5m 的单体柱护包。采取此方式如果单体柱依然无法接顶，则应该在单体柱与巷道底板之间设置垫木或者方木，使得单体柱接顶达到严实的要求。

④因为柔模高度不断地增加会出现坠包，为了预防发生坠包的问题，单体柱靴上方紧贴柔模墙要固定一根大板，还要在横向大板与巷道外帮件设置单体柱戗柱，安装的间距为2m。

⑤高顶区柔模打设操作的环节，如果制定的柔模没有及时运输到位。那么可以在打设作业区间内提前设置混凝土平台，使其满足打设柔模接顶要求。为了使得混凝土平台有足够的凝固时间，每达到6.5m 就要打设一个柔模，在每班打设一个柔模后在柔模与后溜减速机之间应用大板与刹杆平台设置模型框，建设完成后根据需要打设戗柱从而达到变形控制的效果。另外，在框内铺设剪裁符合要求的柔模包，并浇筑混凝土形成平台。

5 施工管理

在放顶煤回采技术应用环节，需要现场加强质量管理，落实施工工艺方案和技术标准，确保每个环节都有专人进行质量监督管控，这样才能保证煤矿综采工作面的施工效果满足设计要求。此外，还需要严格的规范操作流程，提高开采的效率和质量，实现综合效益的提升。

6 结语

在上文分析中，通过对煤矿综采工作面低位放顶煤回采技术的分析，可以了解到在该项工程开展阶段做好技术工艺的优化以及施工控制，且做好现场管理对提高煤矿综采工作面的效率以及质量有着重要的帮助。未来，还需要对低位放顶煤回采技术研究，做好技术方案更新及优化，如此，才能确保各项工作有序开展。