大采高综采工作面顶板控制技术分析

陈年华

(山西潞安集团左权阜生煤业有限公司)



大采高综采工作面顶板控制技术分析

陈年华

(山西潞安集团左权阜生煤业有限公司)

对大采高综采工作面的基本概况与大采高综采工作面顶板控制技术的国内外研究现状进行了回顾，并结合实际测试结果，对大高采综采工作面顶板控制技术进行了详尽分析，对解决大采高综采工作中遇到的问题具有参考作用。

大采高综采工作面 顶板 控制技术

煤炭在我国一次能量消费结构中占有极其重要的地位，既是基本燃料，又是工业发展中所需的重要燃料，其发展的快慢直接影响国计民生。缓倾斜厚煤层煤炭产量在我国煤炭总产量中占有重要比例，阜生煤业井田位于沁水煤田东部边缘，批准井田面积5.819 6 km2,开采的15#煤层，井田构造简单，煤层平均厚度6.01 m，煤质为易选的贫煤，可作为动力用煤及民用煤。地质储量4 002万t，可采储量2 324万t，核定生产能力120万t/a，适合大采高综采的开采条件。

1 大采高综采工作面基本概况

该矿区的大采高综采工作面井下煤层埋深53～195 m，工业储量714 636 t，工作面的可采储量664 611 t，工作面采出率93%，采出率较高。该工作面的地质构造比较简单，煤层呈现出单斜构造状态，工作面煤层倾角4°～16°。煤层直接顶中存在许多约8 m厚的泥质结构；基本顶中则多是约7 m厚的、颜色为灰白色的石灰岩，在石英中夹杂着燧石，结构不仅致密而且坚实牢固；直接底大多数为块状的砂质泥岩，厚度在1.4 m左右含有一些植物化石；老底则是石灰岩层，同直接底一样含有少量的植物化石。

2 大采高综采工作面顶板控制技术的国内外研究现状

2.1 大采高综采技术的概念

采高最小3.5 m，最大值7.0 m，利用双滚筒采煤机将煤割至符合要求的采煤厚度，大功率的刮板输送机运煤，再用液压型支架对顶板进行必要的控制，即为大采高综采技术。大高采综采技术采煤不仅具有更高的煤炭回收率、采出的煤炭纯度更高、采面煤尘比其他技术开采时少的优点，而且该技术采煤工作中的自然发火和瓦斯涌出量都较小，提高了采煤工作的安全性，降低了安全事故的发生率。所以，进行大采高综采工作面顶板控制技术分析，有利于推广我国煤炭行业工作的安全进行。

2.2 国外研究现状

由于大采高综采工作面采高较大，综采面在采场顶板岩层的运动规律具有特殊性，使得工作面上覆岩层冒落高度加大，容易发生顶板冒落的危险。美国、澳大利亚等国存在一些厚煤层，他们大多使用房柱式采煤法，虽然受到了各种环境、时间因素的限制，研究结果的适用范围较小，但是对于一些条件类似的地区仍然具有一定的参考价值与指导意义。

2.3 国内研究现状

我国厚煤层采用大采高综采技术的研究始于1978年，发展至今已经有了相当大的进步，在我国多个矿区中都得到了推广，使用效果在神东、邢台、徐州、枣庄等矿区较好。龙口梁家矿综采队凭借其优良的采高和煤层环境，使用大采高综采技术，创造了我国“三软”煤层年产原煤156万t的最高开采记录；大采高综采技术在邢台东庞矿综采队推广后，1994—1998年，该矿综采队的年产煤量逐年上升，原煤工效也在不断提高，达到了一次采全高的全国领先水平，并且连续5 a没有发生过伤亡事故，保障了采矿工作人员的人身安全。

3 大采高综采工作面布置及开采设备

3.1 大采高综采工作面巷道布置

大采高综采工作面采用双巷布置，巷道沿倾向布置，切眼沿走向布置，在需要时回风巷也可协助运送材料，运输巷与机轨合一巷，不仅能够运煤、进风，而且还能够存放设备列车。回风巷、运输巷均沿底掘进，此两巷的工作面切眼相同，都是矩形断面。巷道采用锚杆和锚索联合支护，两排的锚索布置成三角形。切眼摒弃了传统的施工工艺，采用新型两次掘进成巷工艺，不需要开帮准备，具有准备时间短的优点。

3.2 采面设备

该矿使用的是截割功率大、牵引速度快、装煤效果好的MG750/1940-WD型大功率交流电牵引双滚筒采煤机。经过试用发现，该设备制造质量、技术性能和设备的结构尺寸等均满足设计要求，且具有较强的运输能力，安全性较强，维护操作也比较方便，能够适应集约化生产的各方面需求。工作面刮板运输机应用高性能的液压马达、液压紧链装置和耐破断力链条等。

4 顶板控制技术

(1)液压支架的适应性分析。四柱支撑掩护式结构的液压支架支撑能力较大，安装有大流量安全阀和大流量供液系统，移架快速。支架垂直工作面顶、底板，支架顶梁与顶板平行支设，最大仰角小于7°，周期来压期间，必须采取跟机拉架和超前拉架相结合的方式；所有支架的安全阀动作灵敏可靠、支架立柱的密封性完好，保证了支架的支护能力，能够满足大采高综采工作面开采的支护要求。

(2)采面矿压显现规律。直接顶初次来压，初次跨落步距约15 m，直接顶从工作面中部冒落后，随着工作面不断向前推进，冒落扩大到整个工作面，大部分的冒落高度处在3.5～5.5 m，此外，工作面煤壁上有小于0.2 m的片帮；老顶初次来压，初次来压步距最大值为45 m，最小值为30 m，部分支架的安全阀处于开启状态，工作面中部煤壁存在0.3～0.5 m的片帮，但是工作面顶板始终处于完整状态；老顶周期来压，步距15～20 m，实际测试表明，老顶初次来压和老顶周期来压虽然都沿着工作面进行，但是二者并不是同时来压，表现出了局部来压的特征，且来压的强度表现为从中部到尾部、头部依次减弱。

(3)液压支架选择。大采高工作面顶板的控制主要是由采场支架的有效支撑来完成的，在进行大采高开采时，由于一次采出煤层的厚度不断增加，采场上方顶板的活动规律也在发生相应的变化，再加上大采高工作面的采高较大，容易出现煤壁大面积片帮现象，片帮后端面间距加大，顶板失去了煤壁的有效支撑，极易导致冒顶事故的发生，进而对工作面装备造成一定程度的损坏，加大液压支架的受力，严重影响了液压支架的稳定性。因此，支架在选择时必须达到初撑力要求，确保支架接顶严密。

5 结 语

在现有的开采条件下，通过对某些工作面的成功开采，说明大采高综采工作面顶板控制技术是比较科学合理的，能够为类似工作面开采提供技术依据与借鉴。

2016-07-14)

陈年华(1986—)，男，助理工程师，032600 山西省晋中市。