低采高孤岛综采工作面回采技术研究

刘照辉

（平煤二矿，河南 平顶山 467000）

随着采矿技术的不断发展，矿井大型设备设施及新技术、新工艺不断被应用，二矿己组煤层的回采由普炮采逐渐发展到综合机械化回采，由不规则小储量采面逐渐发展到长走向、大储量工作面回采。受不规则工作面采空区的影响，工作面回采期间的难度增加。经过相关工作人员不断的探索和实践，成功解决了低采高孤岛综采工作面回采期间遇到的技术难题。

1 概况

己17-22082综采工作面回采属二叠系下石盒子组己17煤层，走向长1450m，采长180m；煤层厚度为1.4～1.9m，平均采高为1.7m，局部受断层影响出现薄煤带。煤层直接顶为灰黑色砂质泥岩（厚1.0～2.1m）、煤线（厚0.1m）和粉砂岩（厚1.5m）互层，总厚度为2.5～3.6m；底板为2.5m灰色砂质泥岩。煤层自然发火期为3～6个月。

工作面采用ZY4000-12/25型液压支架支护顶板，MG250/600-AWD型采煤机落煤，SGZ-764/500型运输机、40t改造型转载机配合SD-800型胶带输送机运输煤炭。

2 需要解决的问题

（1）该工作面上部和下部均为采空区，属典型的回采下分层孤岛工作面，且煤层底板松软、遇水膨胀，需要研究巷道变形机理、解决支护问题。

（2）工作面巷道变形严重，若移动变电站及设备列车布置距工作面较远，工作面设备和液压动力供应受液压降和电压降影响，难以保证工作面额定的压力和电力供应，因此需要解决液压系统和供电系统布置问题。

（3）出于节支降耗、提高材料复用率的需要，需研究解决巷道内拱形钢梁棚维修及回收复用问题。

（4）革新回采工艺，研究解决低采高三软煤层有效控制端头、巷道超前及工作面顶板支护问题。

（5）解决工作面推进期间管缆长距离吊挂拉移困难、容易损坏的问题。

3 解决办法

3.1 矿压观测

设置固定专职监测工，记录工作面支柱载荷观测、巷道围岩变形观测、液压支架活柱下缩量观测及顶板离层在线观测结果。技术人员及时分析数据，总结矿压规律，掌握采面推进情况，适时预报巷压及顶板支护效果，并及时采取加强支护措施，从而达到对顶板进行有效监测监控的目的。

3.2 顶板管理

（1）巷道顶板支护及后期维护。分析孤岛工作面巷道顶压和侧压都较大的原因，采取以下措施：①工作面顶板为复合顶，局部为己16煤层回采后形成的锈接顶板，不适合采用锚网（锚索）支护；比较刚性梯形金属支架支护与柔性拱形钢支架支护的优缺点，优选拱形可缩性支架支护。②支架间距缩小为0.5m，增加支护密度。③煤壁泄压。对于局部侧压较大的地段采取松帮卸压，同时加强支护。在原支护棚基础上采取每隔8～10m在两帮变形的棚腿处松帮，超过变形的棚腿范围，然后在棚腿里侧架设三角木垛，顶底结实，增加支护强度。④超前工作面50m拱形支架打中柱加强支护。

（2）工作面端头顶板支护。工作面端头既是压力集中三角区，又是顶板支护的软弱区，设备多、控顶面积大，容易出现反复松动的情况。对此，采取“两对四根”花边工字钢梁，迈步使用，以加强端头顶板支护。

（3）工作面顶板支护。工作面回采期间，工作面支护采用及时带压擦顶拉移支架，确保支架初撑力；杜绝空顶及端面距超过200mm的现象发生，及时利用竹笆、木料或钢网片等闭帮控顶、堵漏。①及时支护。采煤机割煤后不超过4架支架（约6m）的距离内，及时移架，后推移输送机。移架后及时护帮护顶，防止煤壁片帮或出现空顶。②超前支护。正常移架期间，若出现顶板破碎不能维护或严重煤壁片帮问题，采煤机割煤前移架，减小梁端距或使支架顶梁前端紧贴煤壁，减小顶板裸露面积。③带压擦顶移架。移架时，单体液压支柱配合拉架，即支架仍保持一定的工作阻力，顶梁紧贴顶板带压擦顶前移，并坚持“少降快拉、及时升牢”，以减轻移架时顶板岩层的活动，降低因移架而造成的顶板破坏程度。④铺网护顶。在支架顶梁上铺金属网片，防止破碎顶板漏矸伤人。⑤支架前梁上方架走向梁支护。在煤壁靠顶板处掘一梁窝，将走向梁的一端架在煤壁上，另一端架在支架的顶梁上。如果煤壁容易片帮，则煤壁上不适宜或不能掘梁窝，可在紧贴煤壁打临时贴帮柱代替煤壁梁窝支撑走向梁，走向梁上铺金属网下，使支架在走向梁及金属网的掩护下前移。

3.3 回采期间两巷超前钢梁棚的回收

超前工作面10～15m替棚，替棚时先临时支护，再回腿回梁，即利用Ф300mm×3000mm圆木配合单体液压支柱（一梁三柱）替掉原拱形钢梁棚。随着工作面的推进，待木棚进入切顶排，及时回收木梁及棚腿。

3.4 液压系统设计及设备排放

（1）运输巷设备设施布置。①控制工作面采煤机、前后部输送机、转载机、破碎机的组合开关，工作面通信、控制工作面照明开关等布置在转载机落地段。将上述设备安装在转载机上方固定的盖板上，强化胶带输送机的承载段后，随转载机机头整形框架一同拉移。②管缆吊挂在转载机上帮特殊加工的管缆吊挂装置内，与转载机同步滑移。

（2）回风巷设备设施布置。工作面回风巷掘进期间每隔300m布置一个车场，铺双道，随着工作面的推进，距工作面二次动压影响范围外，把设备列车和移动变电站布置在车场内的辅助轨道位置，即在动压来临巷道严重变形前及时拉移到下一个车场。

3.5 分析解决工作面压力降

长距离供液需要解决三方面问题：一是管路损失（主要是管壁流动能量的损失）；二是压力波动引起的管路脉动（压力不稳造成管路颤动损耗的机械能）造成的液压能损耗；三是杜绝工作面液压系统跑、冒和滴漏现象造成的液压能损耗。

3.6 液压系统管理

（1）液压系统布置。①距工作面超前20m范围内，在泵站侧Ф50mm液压管路和支架的Ф38mm液压管路相连接处安装一个NXQ-L40/320-A型液压蓄能器，减少因管路压力不稳造成的管路压力脉动能量损失；②进液、回液液压胶管采用DN系列液压胶管，由传统的Ф25mm和Ф32mm分别变为Ф38mm和Ф50mm，加大管路直径，减小液压能的损耗；③液压泵由WRB-200/31.5型改为大流量液压泵WRB-315/31.5型，确保工作面压力供应；④液压件，液压胶管的公称承压能力在35MPa以上，管接头处承压能力不小于35MPa；⑤回风巷长距离液压管路系统每隔50m设置一处截止阀，控制液压管路，以便更换胶管或密封件，减少泵液流失；⑥工作面设置两趟高压供液管，工作面上半部分支架操作时，下部停止高压供液，反之，停止上半部分支架供液。

（2）效果检验。受供液距离较长影响，无法取得合理的理论计算数据，为此，进行了移架速度的测试，经测试后发现液压泵站布置在超前100m外，在巷道允许变形范围内，经改造后的供液系统能够实现追机分组移架，进而满足生产需要。

3.7 供电系统

（1）分析工作面负荷分配。通过变电站的容量计算和选择，馈电开关、磁力启动器、电气设备选型及电缆的选择，分析电压降，确定额定供电距离。

（2）移动变电站布置在紧随设备列车外、距工作面的供电距离不超过300m位置，减少了工作面供电距离，确保了工作面的供电电压。

3.8 解决管缆吊挂拖移问题

针对因超前管缆铺设布置较长而造成长距离吊挂拉移困难、容易损坏的问题，实行分段解决措施。里段巷道变形相对较严重的范围，在工作面超前50m里段创新设计简易可滑移管缆吊挂装置，解决了复杂条件下管缆吊挂拖移问题；50m外布置4辆特殊加工的“花车”组成的电缆列车组，并分成两组，编号管理，1号组负责装运里段回移的管缆，2号组负责装运外段管缆车推进结余的管缆；管缆车外段使用电缆钩按规定吊挂，以备下次移动设备列车和移动变电站时重新吊挂使用。

4 结论

通过以上问题的解决，达到了有效管理工作面顶板的目的，实现了安全无事故的管理目标；供液、供电系统安全可靠，没有因供液压力不足而影响工作面液压支架正常工作面，也没有发生供电施工而影响生产；优化工作面回采工艺，提高了工作面推进速度和回采效率，该工作面平均月单产达到8.2万t，创已组综采工作面最好月产记录。