寺河煤矿W2302工作面过X4陷落柱技术要点研究

山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司寺河煤矿 山西 晋城 048205

一、概况

W2302大采高综采工作面，开采3#煤层，一次采全高，煤层底板标高+244～+274m，地面标高+665～+830m，工作面倾斜长度为295.3m(净)，走向长度为904.23m(净)，煤层平均厚度6.3m。根据地测部门预报，工作面在回采至620m左右时，将通过X4陷落柱。该陷落柱长轴92m，短轴38m，将对大采高工作面回采产生较大的影响。

从4月27日晚班开始，在61—69#架范围揭露陷落柱出现全断面矸，至5月20日早班，在81—84#架范围消失，推进度608.6—666.8 m，共58.2m，累计推进25天，全断面矸区内推进23天。

二、劳动组织

根据前期采取的系列调整措施，过陷落柱期间主要采用以下组织方案：早班保证矸区10台YT-28型风钻的施工，在矸区全区域放炮一次。布置上中下三排炮眼，呈三花眼布置，其中探顶眼、探底眼炮眼深度均为2.5m，中部炮眼1.5-2m，放一次炮，保证中午班在矸区两个循环的正常推进。夜班保证工作面8台钻施工，炮眼深度为1.5m，在局部硬矸处打眼放炮，保证当班在矸区1-2次截深的推进。同时在出矸过程中，若煤壁扫下硬矸，则集中拉至30#支架前后进行爆破处理，坚持“多处打眼、减少爆破次数”的原则[1]。

三、过陷落柱期间主要影响

1.外围主运系统影响。西主井大破碎机坏，更换大破碎机。5月15日12：00—5月16日8：00，共计影响21小时，期间工作面停产。

北胶及西胶皮带停共计95次，合计影响时间：23.63小时。

2.机电事故影响。转载机断链共计3次，共计影响1173分，事故主要原因为转载机拉矸出矸时在破碎机部位卡拌导致；机组右截割电机故障，影响145分，主要原因为长时间割矸，机身震动导致内部线缆磨损、绝缘套老化等原因；更换滚筒影响晚班228分，主要原因为过陷落柱割矸机头侧滚筒齿座短缺严重(缺损21个)；机组右牵引变频器故障5月19日夜班发生，前后更换了两次变频器，更换了过线电缆，至5月21日，断断续续共计影响生产464分(除去期间单牵引割煤时间)。

3.可提升的空间

(1)在过陷落柱期间，4月28日、5月8日期间，早班放两茬炮后，工溜因负荷大，无法起车，造成两次压溜事故，处理压溜，平均每次影响时间2小时，造成出矸时间过长，对生产影响较大，反映出队组在组织方面考量不足。

(2)在陷落柱后期范围逐渐变小，打眼数量减少，早班打眼放炮组织有不紧凑的现象，从打眼放炮时间与数量上可以反映出来，本队职工使用YT-28型风钻不够熟练，都是值得改进的方面，有提高效率的空间。

四、过陷落柱注浆情况统计

工作面在过陷落柱过程中，90-99#架范围内注浆较多，根据X4陷落柱实测位置图可得知，该区域处在陷落柱靠机尾侧边缘位置，根据陷落柱形成机理，陷落柱边缘裂隙发育，在回采过程中，由于推进速度较慢，为了防止掉矸造成较大顶板事故，需及时采取注浆的方法对破碎煤体进行加固。

在回采过陷落柱过程中，共发生三次小范围顶板掉矸现象，分别为4月27日76—84#架、5月2日125—127#架、5月7日93—99#架。主要采取的措施为打戗柱维护、煤帮注浆。

五、陷落柱位置及范围

(1)陷落柱从机尾进度621.2m时揭露，至机尾进度666.8m时消失，共计影响推进方向45.6m。

(2)陷落柱从机头进度623.6m时揭露，至机尾进度667.7m时消失，共计影响推进方向44.1m。

(3)工作面倾斜方向从45#架处揭露，最大影响范围至92#架左右，约82.25m。

(4)工作面回采过程中，同步揭露最大影响范围约64.75m，共37个架。

(5)陷落柱揭露前期4月28日-4月29日，全断面矸前后过渡区均有顶矸，根据陷落柱形成机理，为陷落柱内侧边缘煤体弯曲沉降导致的。

(6)陷落柱在4月30日-5月18日回采过程中，陷落柱前后过渡区均有底矸，根据陷落柱形成机理，为陷落柱两侧过渡区相对于矸区底板较高导致的。因为陷落柱在前后左右四个方向沉陷是一致的，所有在工作面推出矸区后，需尽快向上调整底板，减少割矸量，提高截割速度，尽快找到正常煤体的底板。

六、过陷落柱机电材料消耗情况

(1)三机类：共消耗成本64.92万元。三机类主要包括更换转载机大链(25m×6根)10.56万元，同时更换刮板、小架、接链环、防松螺母等43.57万元，工溜挡煤板受放炮冲击影响较大，处理花费0.7万元，出矸大破碎机截齿磨损严重，共消耗170B型截齿700个，共消耗10.08万元。

(2)支架类：共消耗成本5.23万元。支架受放炮影响，使用堵头替换平衡千斤油缸上压力表，更换坏损的阀芯、消耗支架二级护帮板千斤4个，以及其它各类直通、三通、U型销，共计5.23万元。

(3)采煤机类：共消耗成本68.88万元。过陷落柱更换机头侧滚筒1个，因为修复件，不计入备件消耗；截割矸体对滚筒截齿齿套消耗量大，共消耗滚筒截齿1000个，开帮截齿430个，齿套160个，共计消耗37.80万元；截割矸体损坏柔性轴8个，大柔性轴9个，共计消耗12.14万元；过矸区工溜上仰开采，对电缆节链磨损严重，共消耗节链240串，小计2.66万元；受水质影响，机组冷却水路堵塞严重，共计更换反冲洗过滤30个，小计3.15万元；另机组震动严重，消耗滑靴衬套4个，隔离模块(位置传输)1个，1级齿轮1个，小计12.13万元。

(4)出矸系统配件：共消耗成本2.87万元。主要包括315型开关配件，1m皮带涨销，3个本布罗扩音电话。

(5)工作面布Φ64mm高压胶管一趟共消耗成本22.64万元。其中，Φ64×20m管11根，Φ64×10m管21根，共长430m，造价19万元；Φ64mm截止阀15个、连接头、U形销等共计3.65万元。

七、存在的问题及建议

(一)超前准备

(1)在支架立柱及四连杆上方存放钻杆，钻杆中间孔容易进煤粉堵死，可在钻孔口段穿上10#铁丝段，可有效防止钻杆损坏[2]。此次过陷落柱，尝试将2.5m长钻杆收纳在捆在立柱前的铁桶内，才高低的区域，在降架过程中钻杆可能会被压弯损坏，建议在工溜挡煤板上捆绑2.6m长6寸管制作的筒子，一端(上风侧)使用铁片焊死，另一端(下风侧)做成合页，利于钻杆完好保存，同时方便存放或取出。

(2)建议过矸区前应备用破碎机锤体、电机减速器、转载机及工溜机头链轮，保证设备发生故障后能得到够快速更换处理。

(3)YT-28型风动钻机必须在使用地点常备68#机械油(考虑我矿目前常备的油品型号)，每次打眼前提前将油葫芦加满油，防止干打损坏钻机。

(4)炮泥制造机固定钻机的底座不合适，150型钻机后端孔位与底座预留孔位无法契合，钻机无法严实落到底座上，钻机中心线与炮泥箱端转子轴心不同步，钻机在径向存在应力，负荷大，且造成钻机与炮泥箱连接处轴承磨损，损坏钻机，且转动力矩受到影响。

(5)两顺槽4寸压风管路距离工作面距离不宜太远，机头在马蹄尔外即可，机尾离工作面尽可能近，减少Φ64mm管的布设范围，降低胶管损率。工作面吊挂时，尽量增加捆绑点，吊点间距离不宜过长，管下垂弧度不宜过大，防止拉架时挤管。

(二)系统保障

(1)此次小皮带加密托辊使用铁丝固定托管，在出矸过程中受力后不稳固，建议出矸系统在安装时，在中梁上补加焊点、固定点，用以固定加密托辊。

(2)出矸小皮带机头距离W23021巷有50m左右，出矸过程中，铲车铲矸距离相对加长，建议安装皮带机头在距离W23021巷5m范围左右，一是方便车辆掉头，二是铲矸距离缩短，提高效率。

(3)764大溜在5月16日出现一次压溜事故，主要原因为岗位司机操作不当，矸量大时未及时闭锁大皮带，建议条件允许的条件下，尽量减小溜子长度，减少负荷。

(4)建议大破碎机锤体高度往大调整，减少过矸时对破碎机、转载机刮板、链环的冲击损伤。

(5)在放炮过程中，由于陷落柱岩性不统一，造成打眼成孔质量不高(钻孔直线度差、有小碎矸填堵现象)，容易造成装药质量不高，放炮时炮眼打腔的现象，导致局部放炮效果不理想的情况[3]。

(6)西胶机头落煤点螺旋溜槽、给煤机机头簸箕等，容易受矸粉的影响，造成系统卡堵，建议在每次开空停机前，对该部分位置进行清理，避免矸粉堆积，同时必要时在出矸过程中使用长流水进行冲刷。

(7)若矸区面积较大，炮眼布置数量超过70个时，应根据工溜内落矸情况，每爆破一次后均应将工溜开空，防止造成压溜事故。

(8)出矸过程中在30#架处看大块人员必须安排有经验、负责人的老工人，大矸拉到机头影响生产或损坏设备，主要原因是未在该处安排人员定岗或对矸石是否能通过大破碎机判断不清，建议在该关键部位安排定岗人员，配合工溜司机，对拉过不能通过破碎机的大矸要对其进行考核。

(9)各班应在挡矸装置处安排责任心强且有经验的老工人，在发现大矸闯过挡板不能有效挡矸时及时调整挡板高度，确保挡矸装置有效可靠。此次过陷落柱时，便发生过两起卡堵系统的现象，最长的一次影响主运系统长达5小时，扰乱了生产节奏。

(10)在下山回采过陷落柱时，应充分考虑工作面排水系统的排水能力，提前完善排水设备设施，保证积水能及时得到抽排。同时一方面要控制好矸区倾角、保证矸区不能滞后，防止挤架、倒架，加强工程质量监管；另一方面准备充足的斜方木等材料，及时调架。

(三)打眼放炮、生产组织

(1)由于使用1.8m长气腿，在施工底眼时，角度过大，不能保证炮眼的有效长度，建议YT-28型风钻使用1.0m的短气腿用于底眼的施工，减少底眼角度，进而保证底眼深度，来确保底眼爆破效果。

(2)在顶板煤帮矸体破碎区域，施工炮眼前，对敲帮问顶、架间护帮护顶工作执行上不到位，建议严格执行敲帮问顶制度，使用长柄工具彻底清理已经离层的矸块及碎片，在架间采用面积更大的预测网(6m×5m)对架间及煤帮进行支护，保证人员作业安全。

(3)矸区采高普遍较大，过矸区出矸量大，设备磨损量大，过矸区时间长。

(4)在炮眼施工过程中，本队职工操作YT-28型风钻不熟练，打眼时间过长，甚至在打钻过程中控制不好气腿升降，存在安全风险，同时成孔质量差，拔不出钻杆的情况时有发生。

(5)采煤机滚筒在过矸区截割时，存在局部底板硬矸造成滚筒截齿及齿套磨损严重的情况，最终不得已对滚筒进行更换[4]。建议在矸区施工炮眼期间，采取必要的护帮措施后对滚筒截齿及齿套及时进行更换，过机头、机尾时再次检查更换，减少截割部位的耗损。另外建议在适当的位置，备用采煤机滚筒(机头侧)，根据磨损情况，在工作面推进到位置后进行更换。

(6)在放炮过程中，中间一排炮眼深度应控制在1.5m左右，中眼深度2m以上时，煤帮中部抛出矸块至支架行人通道，对支架EEP、阀组及架间管线形成较大冲击损坏。

(7)此次炮眼装药均采用正向装药起爆，节数为一节，建议可尝试施工3m深炮眼，采用双雷管两节正向装药(每三卷药，正向安装一发电雷管)，合理控制单次起爆孔数和药量，保证不压工溜。保证3-4次的推进度。

(8)在过陷落柱后期，发生一起因放炮崩裂支架顶梁护帮板限位铁板，在生产过程中掉落，掉落后蹭到作业人员脚面的事故。综采队应该引起高度重视，尤其在频繁爆破区域，要加强设备检查检修，确保安全。

(9)前期准备的方案考虑的为理想状况下的情况，在后期生产过程中，动态进行数次调整，持续改进方法，以提高推进效率。