大倾角“三软”煤层综采工作面安全高效回采研究与实践

摘 要：淮北矿业集团公司神源煤化工3404外工作面的煤层属于典型大倾角“三软”煤层，借鉴淮北矿区大倾角“三软”煤层综采工作面回采经验，通过不断研究与实践，在大倾角工作面设备选型与配套、安全高效过断层及“三防”措施等方面，摸索总结出一套安全高效回采工艺，提高了大倾角“三软”煤层工作面生产效率，为类似地质条件下的安全高效回采积累了理论和实践经验。

关键词：大倾角;三软煤层;安全高效

0 引言

神源煤化工位于安徽省淮北市濉溪县南坪集附近，东以双堆断层及F22断层为界，西至南坪断层;南界为石炭系太原组顶部第一层灰岩露头线，北界至27勘探线。南北长约6.5km，东西宽约3～5km，区内断层较为发育，地层倾角一般为3°～40°，局部超过40°。

神源煤化工3404外工作面煤層普氏系数f=0.5，煤层倾角26～40°，平均为34°，属于典型的大倾角“三软”煤层，通过回采工艺的研究和实践，总结出了一套成熟的大倾角“三软”煤层综采工作面安全安全高效回采工艺技术体系。

1 工作面慨况

神源煤化工3404外工作面东临F51断层，南到工业广场保护煤柱，西临3402工作面（未施工），北到F120断层。该面采用走向长壁布置，可采走向长576m，倾斜长202m（见图1），煤层厚度1.4m～3.0m，平均2.34m，煤层结构简单—复杂，局部含一层厚度约0.1～0.2m的碳质泥岩夹矸，直接顶底板岩性均为泥岩。

3404外工作面的地质构造总体评价为复杂，煤（岩）层总体呈单斜构造，走向近南西—北东，倾向南东，煤（岩）层倾角26～40°，平均为34°。工作面回采范围内机、风巷和改造切眼共揭露断层9条，其中机巷揭露3条正断层、2条逆断层，改造切眼揭露1条正断层，风巷揭露3条正断层。

3404外工作面水文地质条件简单，影响工作面回采的主要充水水源为32煤层顶板砂岩裂隙水，比拟法估算工作面正常涌水量为4.3m3/h，最大涌水量为6.5m3/h。

2 3404外与3404里工作面对比分析

3404外与3404里工作面为同一煤层同一块段，由于DF3（∠70～80°H=18～25m）断层影响，里段工作面采完后需要重新施工切眼进行改造。

3404里工作面地质构造复杂，次生构造多，煤层倾角18～35°，平均为28°，回采过程因煤层倾角大、仰采及断层等因素影响，导致工作面多次多次片帮掉顶事故，严重影响回采进度。

3404外工作面在总结3404里工作面回采经验和教训基础上，通过设备选型上的优化，过断层措施上的改进，顶板煤壁管理等方面的加强实现了安全高效回采。

3 主要设备选型

3404外工作面在支架选型上由原来的掩护式液压支架（ZY6800/17/36）改为支撑掩护式液压支架（ZZ7600/18/36），煤机由原来的800mm截深（MG500/1150-WD）改为630mm小截深（MG400/920-WD）煤机，端头支架由原来的两架改为1架。（工作面主要设备明细见表1-2）

（1）通过液压支架的选型优化，一方面四立柱支撑掩护式液压支架比两掩护式液压支架稳定性更可靠，更适应大倾角“三软”煤层支架咬架、挤架及歪架的调整;另一方面四立柱支撑掩护式液压支架现场操作更安全，煤机割煤或拉移支架时人员站在架档内操作，可以防止矸石滚落碰伤人员，更适合大倾角工作面的安全管理。

（2）通过煤机选型上的优化，使用630mm小截深煤机配合800mm步距的支架推移千斤顶，支架护帮板可以抵实煤壁，可以很好控制片帮掉顶现象发生，实现安全高效开采。

（3）通过工作面端头支架数量的调整，工作面下出口采用超前支架配合端头支架进行支护，自由空间增加，更有利于端头支架拉移和下出口现场管理。

4 过断层超前管理

3404外工作面地质构造情况复杂，回采过程中将揭露多条断层，为确保大倾角“三软”煤层过断层期间的安全高效回采，采取超前注浆措施，杜绝了回采期间片帮掉顶事故的发生。

（1）对断层附近20m范围内，顶板0-5m的岩层进行注浆治理。

（2）注浆封堵加固材料选用425#普通硅酸盐水泥作为注浆材料。

（3）注浆工艺

浆液配比：水灰比按不大于0.8：1的比例混合，充分搅拌。

注浆终孔标准：带压注浆，注浆压力不小于2MPa，不超过3MPa。待浆液确实无法再注入，停止注浆。待10分钟后，在复注一次浆液，使浆液填满岩石裂隙，提高加固效果，如果第二次注浆量较大，多于半袋水泥，则需要进行第三次注浆。

注浆量：注浆量不做限制，以达到注浆终止标准为准。

（4）具体要求

注浆过程中要观察是否跑浆，其他钻孔是否串浆，并做好记录。注浆达到结束标准后，要延续15～20分钟闭浆，以保证质量。

注浆结束后在断层面与机风巷接茬处，采用10m（6m）注浆锚索进行注浆加固，防止机头机尾顶板破碎造成片帮掉顶事故发生。

5 合理控制采高和加强初撑力管理

3404外工作面回采期间保持工作面运输机“平、直”，并严格控制采高，采高原则上控制在2.2-2.7m，活柱伸缩量控制在400-900mm。尤其是过断层期间采高不超过液压支架最大支撑高度的2/3，确保煤机能够顺利通过即可，破顶、底范围与厚度根据断层落差变化随时调整，保证顶板煤壁支护到位。

3404外工作面每架均安装一组机械矿压监测表，逢“10”安装一块在线监测压力表。并且每班都安排专职矿压监测员进行巡查补液，确保支架初撑力不低于24Mpa，合格率不低于90%，确保了支架正规有劲，杜绝了支架歪架、倒架现象的发生。

6 设备防倒防滑与顶板煤壁管理

（1）工作面运输机防滑

由于工作面倾角较大，运输机和支架易下滑，造成运输机机头和转载机不能正常搭接，影响正常出煤。

通过采取调整工作面伪倾斜角度，使工作面机头超前机尾30-40m，这样不但使工作面形成伪倾斜，而且使工作面推采方向与走向形成一定的夾角。在正常推进时，运输机每个循环向上的位移量抵消了运输机的下滑量，所以可以保证工作面实际推进方向与走向始终保持一致。

（2）工作面支架防倒防滑

由于工作面倾角大，在移架时容易出现歪架、倒架现象，采取液压支架安设可靠的防倒设施，并严格执行支架操作顺序。

（3）顶板煤壁管理

移超前支架，当工作面遇有地质构造，煤层顶板不稳定时，及时移超前支架打开护帮板，使支架前梁及护帮板挤紧煤帮，端面距达到最小。

分段追机移架，因工作面倾角大，工作面割煤与移架工序不能同时进行，如果等煤机割完一刀后工作面再整体移架，机道空顶时间太长，对工作面顶板破坏程度大，容易出现掉顶、漏顶现象，为此我们采取工作面分段追机移架方式，每隔10～15 m追机移架;在工作面顶板破碎时，每3～5 m分段追机移架及时支护顶板。

带压擦顶移架，因工作面倾角较大，如果采用正常操作程序降架移架容易出现抽顶现象，因此我们采取带压擦顶移架方式进行移架操作。

人员进入煤壁施工作业时，在施工地点上方打设护身板，护身板由单体支柱配合大板组成。工作面正常检修时，煤机上方机道内必须设置两道防飞矸网，两道防飞矸网间隔不小于5 m，防飞矸网固定必须牢固可靠。

7  结论

大倾角“三软”煤层安全高效回采研究和实践在3404外工作面回采期间得到了应用，通过不断研究和实践，及时调整回采工艺和现场管理，形成了一套大倾角“三软”煤层综采工作面安全高效回采工艺技术体系，值得同等条件下全面推广。

下一步将继续攻关大倾角“三软”煤层安全高效回采在防治水、防突、防火等灾害更加严重条件下（7401大倾角放顶煤工作面）的研究，努力实现淮北矿区复杂地质条件下安全高效回采工艺应用新模式，提供理论和实践支撑。

参考文献：

[1]徐永圻.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[2]钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2013.

作者简介：

卫其松（1987- ），男，河南信阳人，工程师，本科学历，2010年7月参加工作，任安徽神原煤化工有限公司生产管理部采煤主管，长期从事生产技术管理工作。