重型综放工艺的应用与研究

王晓平

（阳泉煤业（集团）有限责任公司， 山西 阳泉 045008）

1 工作面概况

阳煤一矿S8303 工作面为阳煤集团本部首个重型综放工作面，工作面走向长962 m，倾向长215 m，设计采高3.5 m，采放比为1∶0.67。主采15 号煤层，埋深527.3～587.9 m，赋存于太原组下部，本工作面煤层平均厚度5.83 m。其中：直接顶为黑色泥岩，厚度1.19 m；基本顶为深灰色石灰岩，厚度11.8 m。工作面主要配备SL-750 型采煤机、ZFY13000/24/40D型两柱掩护式低位放顶煤支架、ZFG13000-27.5/42D型两柱掩护式过渡支架、ZTZ20000-27.5/42 端头支架、SGZ-1000/2*855 型刮板输送机（前部溜）、SGZ-1342/2*855 型刮板输送机（后部溜）、PF6-1542/1*600 型转载机（配SK1118 型破碎机）。

ZFY13000/24/40D 型支架主要技术参数：适应采高2.4～4.0 m；设计初撑力10096 kN；额定工作阻力13000 kN；控顶距5.080～5.880 m；支架中心距1.75 m；底板比压3.4 MPa。

2 工作面矿压规律的分析

2.1 支架压力测点的布置

工作面共布置117 组ZFY13000/24/40D 中间支架、7 组 ZFG13000/27.5/42D 过 渡 支 架、1 组ZTZ20000/27.5/42 端头支架，共有125 组支架。S8303 工作面长度为215 m，共布置16 个支架压力观测点，分别位于4 号、10 号、18 号、26 号、34 号、42号、50 号、58 号、66 号、74 号、82 号、90 号、98 号、106 号、114 号、120 号支架。

2.2 整体来压的分析

通过观测S8303 工作面各支架的循环末阻力并收集数据，统计分析各支架周期来压判据，汇总得出各次周期来压期间S8303 工作面周期数据：来压步距为6.1～33.7 m，平均为14.9 m；来压载荷为4 228.59～13 899.16 kN，平均为8 404.34 kN；非来压载荷为1 155.82～5 036.63 kN，平均为4 064.77 kN；动载系数为1.18～4.46，平均为2.24；来压持续长度为0.8～8.0 m，平均为2.45 m。

2.3 支架支护适应性的分析

2.3.1 支架工作阻力频率分布

支架工作阻力分布在0～2 000、2 000～4 000、4 000～6 000、6 000～8 000、8 000～10 000、10 000～12 000 区间的比例平均分别为20.08%、23.42%、21.61%、20.13%、10.43%、2.67%，而支架工作阻力分布在12 000～14 000 kN、14 000～16 000 kN 区间的比例平均分别为1.66%、0.00375%。统计可得，支架工作阻力主要分布在10 000 kN 以下区间内占比为98.34%，而支架工作阻力主要分布在12 000 kN 以上区间比例，即接近或者超过额定工作阻力的比例不足2%，说明工作面支架额定工作阻力能够满足要求。

2.3.2 支架最大工作阻力分布

S8303 工作面各支架最大工作阻力值（见表1）。据统计表可知：工作面66 号支架工作阻力最大，最大值为14 404.3 kN，占支架额定工作阻力13 000 kN的110.80%；支架最大工作阻力平均值为13 118 kN，占支架额定工作阻力的100.91%。可见支架工作阻力能够适应工作面顶板来压支护需要。

表1 各支架最大工作阻力值统计表

2.3.3 支架初撑力的分析

S8303 工作面顶板支护选用ZFY13000/24/40D型掩护式液压支架。经观测，工作面最小初撑力为3 026.4 kN，最大初撑力为4 776.2 kN，平均初撑力为4 145.0 kN，约为支架设计初撑力10 096 kN 的41.06%，支架的初撑力明显偏低，这与支架工现场操作时升架时间过短、立柱供液不足有关，同时也受顶板破碎等地质条件影响。

当支架初撑力过低时，工作面顶板下沉量和下沉速度会增大，从而导致支架急剧增阻，支架处于被动支护状态，难以有效控制顶板离层、下沉。建议应确保支架合理的初撑力和位态，并有效发挥护帮板的作用，防止片帮冒顶事故的发生。

3 重型综放工艺效果与普通综放工艺的对比分析

3.1 普通综放工作面概况

一矿81402 工作面为普通综放工作面，工作面走向长1 258 m，倾向长219 m，设计采高2.8 m，采放比为1:1.48。主采15 号煤层，工作面地质条件与S8303 工作面相似。工作面主要配备MG-400/930-3.3D 型采煤机、ZF6200/17/32H 型放顶煤支架、ZFG6600/17/32H 型过渡支架、ZFT25000-20/38H 型端头支架、SGZ-1000/1400 型刮板输送机、SZZ-1000/400 型转载机（配PLM-3000 型破碎机）。

ZF6200/17/32H 型支架主要技术参数：适应采高1.9～3.0 m；设计初撑力5 236 kN；额定工作阻力6 200 kN；控顶距5.810～6.610 m；支架中心距1.5 m；底板比压1.2 MPa。

3.2 控顶护帮效果的对比分析

S8303 工作面实测平均割煤高度为3.52 m，虽然工作面采高明显高于普通综放工作面，但据现场观测表明，在开采过程中，煤壁及顶板控制效果仍然很好，现场煤壁片帮冒顶不明显，重型综放支架对顶板的控制能力没有明显下降，煤壁片帮冒顶能够得到较好控制。

3.3 采放工艺的对比分析

81402 工作面现场放煤基本以见矸即停原则，根据计算，平均放煤时间为2 min/架，由于工作面中部架数量为141 架，单循环完成放煤需要282 min，按照两个放煤工同时放煤计算，单刀放煤时间约为141 min，而一刀煤的割煤时间约为90 min、进刀时间为40 min。工作面放煤时间与割煤总体能够基本保持协调。

S8303 工作面放煤时间以顶煤放净并掺入少量矸石为准，现场实测单架放煤时间为0.33～4.05 min，平均为0.95～2.34 min，总平均为1.52 min。按照117 架计算，放煤总时间为178 min，按照两个放煤工同时放煤计算，放煤时间需要约89 min，约1.5 h。测算支架割煤速度为2.84 m/min，按照215 m 工作面测算，工作面割完一刀煤至少需要75.70 min，加上机头机尾进刀时间，按照45 min 算，则工作面割完一刀煤需要120 min，单循环割煤时间按照2.0 h计算，从割煤与放煤协调性来看，重型综放能够达到较好的采放协调比例，效果更好。

经实测，S8303 工作面单架放煤时间1.52 min/架，而普通综放面放煤时间为2 min/架。可见，重型综放工艺放煤时间缩短，工作面采煤工序时间相应缩短，生产效率提高。

3.4 产量的对比分析

81402 工作面煤层平均厚度6.6 m，采高2.8 m，放煤高度3.8 m。工作面于2018 年3 月开始初采，地质条件与S8303 工作面相似，3 月、4 月、5 月、6 月、7月产量，分别为167 275 t、171 611 t、202 798 t、188 452 t、186 651 t。最大月产量为202 798 t，平均月产量为183 357 t。

S8303 工作面煤层平均厚度5.83 m，比81402工作面煤层厚度少0.77 m。与81402 工作面同期产量分别为96 863 t、143 891 t、226 079 t、251 852 t、198 409 t。最大月产量为251 852 t，平均月产量为183 418 t。其中：前两个月为初采阶段，产量较低；后三个月工作面进入正常开采阶段，取得了较好的产量，有两个月产量连续达到20 万t 以上，超过81402工作面最高月产量（见表2），说明重型综放工艺能够更好地发挥工作面的生产能力，具有提升生产能力的空间。

重型综放工作面实测平均采高达到3.52 m，割煤高度的增大，使放煤损耗量得到降低，且较之普通综放工作面，工作面两端三角煤变小，丢煤损失也会降低，提高了工作面的回收效率。S8303 工作面回收率达到89.5%，与普通综放工作面相比提高了约2%。

表2 重型放顶煤工作面与普通放顶煤工作面同期对比

4 结论

4.1 重型综放工作面各支架的工作阻力数据的统计分析结论

1）各次周期来压期间，工作面周期来压步距平均为14.9 m，来压载荷平均为8 404.34 kN，非来压载荷平均为4 064.77 kN，动载系数平均为2.24，来压持续长度平均为2.45 m。

2）支架工作阻力主要分布在10 000 kN 以下区间内的占比为98.34%，而支架工作阻力主要分布在12 000 kN 以上区间的比例，即接近或者超过额定工作阻力的比例不足2%，说明工作面支架额定工作阻力能够满足要求。

3）工作面支架工作阻力最大值为14 404.3 kN，占支架额定工作阻力13 000 kN 的110.80%，最大工作阻力平均值为13 118 kN，占支架额定工作阻力的100.91%，说明能够适应工作面顶板来压支护需要。

4.2 与普通综放工艺效果对比分析结论

1）重型综放支架对顶板的控制能力没有明显下降，煤壁片帮冒顶能够得到较好控制。

2）工作面采煤工序时间缩短，生产效率提高。

3）工作面月产量高，能够较好发挥工作面生产能力。

4）煤炭回收率高。