基本顶直覆之下合理采煤工艺实践研究

程晋孝

(淮南矿业集团潘集第一煤矿，安徽 淮南 232082)

潘一矿经过多年的开采，采场能力不足，西翼采区不得不提高回采上限开采。1602(3)上提工作面是矿井当年的重点接替工作面，因此，该面安全开采的可行性、技术路线的成功与否是亟待研究解决的课题。

1 工作面概况

1602(3)工作面设计(见图1)位于潘一矿西三上山采区F8正断层～F5逆断层之间，为13-1煤实体块段。工作面走向长750 m，面长147.6 m。正常段13-1煤厚1.9～4.9 m，平均厚约3.4 m，煤层平均倾角6°。煤层顶板为基本顶直覆，基本顶砂岩累计均厚13 m、最大厚度27 m。

2 初期综采遇到的难题

2.1 回采装备

工作面可采走向长695 m，倾斜长147.6 m，切眼中下部揭露H=0.9 m及H=2.5 m两个正断层组成的煤层变薄带，倾向影响70 m。工作面安装ZZ6400/18/38型液压支架(实际工作阻力7200 kN)100架，MG650/1620型 采 煤 机 一 台，SGZ-1000/2×700型刮板输送机一台。

图1 1602(3)工作面巷道布置图

2.2 工作面初次来压情况

该面于当年8月29日由综采二队进行试生产，9月4日16:00工作面初次来压开始显现，9月6日中班回采1峒煤后，工作面来压显现明显(此时，平均推进36.7 m，不含切眼7.6 m)，来压集中在构造带附近。工作面中部液压支架安全阀大面积卸液，支架活柱伸出量迅速减少，38～65架煤机无法通过。来压时支架顶梁上方及老塘顶板突然下沉压在支架上，顶板没有明显断裂和台阶下沉现象。

2.3 工作面矿压观测情况

工作面总共设置10组观测点，每10架一组，每组两个压力表。通过统计分析：初采时，支架前、后立柱压力均在11.8～16 MPa，压力较小；9月7日左右压力达到峰值，支架前、后立柱均在35 MPa以上，之后大致维持在30 MPa左右。

矿压变化情况见图2。

图2 工作面矿压观测曲线图

2.4 工作面抢险

9月6日成立了抢险领导小组，抽调大量人员协助综采二队人工卧底，强行推进。但进度异常慢，9月6日至～9月26日，工作面仅推进9.1m(上6.2m、下12m)。

因工作面中部发育煤层变薄带，人工打眼放炮卧底，工作量大；同时，矿压显现剧烈，每次卧好链板机及架脚后待拉架时，支架立柱又被压死，导致工作面重复卧底、拉架、压架，进度缓慢且支架损毁严重。9月29日停止抢险，决定拆除部分设备，改造工作面。

3 后期普采工作面

3.1 工作面新切眼设计、安装

工作面新切眼撇开构造，设计位于1号异常区以外，切眼中距老工作面煤壁128m，斜长148m，设计净断面3.0×2.7m。

工作面改造后采用高档普采，设备使用MG2-150/375型采煤机，SGZ630/264型运输机和SGZ150型转载机。在新切眼工字钢棚内套DZ-28单体，配合HDJA-1000铰接梁，一梁一柱走向棚。

3.2 新工作面初次放顶

初放期间，工作面采用3～5排管理，10 m一个木垛(中-中)，抗棚、抗柱架设齐全。为防止工作面老塘悬顶不冒落，减轻基本顶来压对工作面的影响，对老塘侧顶板进行松动爆破强制放顶。具体措施：初采3峒(3 m)后，在切顶线处向老塘顶板进行打眼，回柱后装药放炮。炮眼采用单排眼直线式布置，炮眼深度2.2 m(可根据现场具体情况适当调整)，眼距沿倾斜方向2.0～3.0 m，仰角60°，每孔内装药量2卷，装2个雷管同时起爆。第一次强制放顶必须使老塘顶板形成一道沟，否则必须补打炮眼。在工作面回采35 m时，老塘顶板可以充分冒落，证明强制放顶措施有效，顶板、煤帮压力得到了有效释放。

3.3 为避开大断层影响，改造工作面顺槽

由于下顺槽在F8、f9、f10断层附近，为减轻大断层对回采的影响，在距切眼465 m位置重新改造顺槽，面长缩短了27 m。提前做好改造顺槽后，在供电、出煤系统切换时，工作面仅停采一天就恢复了正常生产。

3.4 矿压观测

与安徽理工大合作，在工作面及上、下风巷布点观测。布点观测一个月期间，观测到三次周期来压，来压步距依次分别为8.5m、5.5m、9m。周期来压步距范围为5.5～9m，平均来压步距为7.8m。周期来压较频繁，来压持续时间大约为三个小班。周期来压期间工作面最大工作阻力平均在17～23MPa，非周期来压期间的工作阻力平均在6～9MPa。

根据观测，工作面前方16m范围内为采动影响剧烈区，巷道顶底和两帮移近速度较快，最大移近速度为85mm/d。

3.5 工作面收作

合理确定收作位置并编制针对性收作措施。工作面采取套棚收作，每棚一梁三柱，中柱用单体。收作期间采高保持1.8m以上高度，收作结束时老塘木棚腿钻底量在0.4～0.8 m之间，压力不明显，煤帮稳定，说明收作位置选择恰当，避开了周期来压影响，仅用时3 d，工作面安全收作。该面共累计出煤39.6万t，月产最高达到6.4万t，平均推进度3.5峒/天，安全无事故。

4 开采成败原因分析

4.1 综采工作面压架原因分析

（1）潘一矿之前曾经回采了7个提高上限工作面， 1402(3)工作面为第一个采用综采工艺的工作面。1402（3）工作面与1602（3）工作面地质条件相似，其工作面开切眼中部标高均为-400 m左右，顶板也为基本顶直覆。1402（3）工作面使用西德生产的ZLEG320型掩护式支架，其工作阻力为3200 kN，后改为苏南4400/17/35型支架，其工作阻力为4400 kN，初次来压时均出现压架现象。

（2）1602（3）工作面也为基本顶直接覆盖在煤层之上，初采时基本顶难以垮落，老塘得不到有效充填，导致基本顶初次跨落时，切顶线在支架上方，老塘、支架、煤壁构成的力学体系失衡。工作面压力显现剧烈，压力直接作用在支架顶梁上，顶板压力超过支架的工作阻力，导致安全阀自动卸液，支架立柱长时间过负荷承载顶板压力，未能起到有效的支撑作用，最终导致压架。

（3）相关的研究单位对上述情况论证后，给出了综采工作面必须采用高工作阻力支架(至少要选用9958 kN/架以上)的建议。

（4）1602（3）工作面切眼和巷道设计在构造带附近，矿山压力更加突出。

（5）工作面不能保证正规循环，推进速度较慢，增加了支架负担，一旦压架，抢险工作将十分困难。

4.2 高档普采工艺的经验

（1）开切眼避开构造及应力集中区，运输巷避开大断层重新改造，降低应力集中。

（2）加强矿压观测，摸清来压规律，加强工作面强制放顶，减轻老顶来压时对工作面的影响。制定了工作面初放期间强制放顶方案，对老塘侧顶板进行松动爆破，取得了预期效果。

（3）加强场管理，提高工程质量。工作面正常回采按3～4排管理，每10 m架设一个木垛，并使用好抗棚、抗柱、铁鞋；周期来压期间，老塘侧加强点柱或增设木垛，单体采取远距离回柱操作；煤机停放位置尽量放在顶板较好区域并避开构造带；顶板破碎区域，煤机不得强行硬割，采取机、炮、镐掘联采方式平稳通过。

（4）加强机电设备保运转工作。初采期间在保证检修质量的同时，缩短检修时间，确保3峒/天的推进度，不破循环。

5 结语

根据1602（3）提高回采上限工作面属于基本顶直接覆盖煤层的特点，在采用综采工艺效果较差时，有针对性地采用高档普采，合理布置切眼和巷道，规避应力集中区，强化强制放顶措施，提高正规循环率，实现了工作面的安全回采。