综采放顶煤工作面常见问题分析与解决方法研究

尹彦鑫

（晋能控股煤业集团白洞矿业大同有限公司，山西 大同 037000）

引言

在综采放顶煤采煤技术的应用中，回采工作面极易被以下因素影响：条件较差的煤层赋存和相对复杂的地质开采环境，以致发生瓦斯浓度大和支架倒甚至歪斜，还有漏顶和煤壁片帮的后果，无法进行安全生产和正常回采工作面。因此，以晋能控股煤机集团某矿3号煤层为例，重点分析了综采放顶煤面对瓦斯浓度大和地质复杂情况的相关原因并提出相应的对策。

1 开采放顶煤概述

1.1 工作面

某矿煤层3号的厚度在3.0~6.0 m内，所以大约可达4.7 m的平均厚度，具备相对简单的煤层结构，上部透气性不是很好，因为是黄土和粉末状，中部是泥岩夹矸，厚度约为0.1~0.2 m，煤层存在0.97的变异系数，而下部一般是粉末和碎块状。掘进方向顺着煤层顶板进风顺槽，可以进风以及运输煤炭和行人。巷道支护选择了锚网索梁，具备3 000 mm的断面净高和4 600 mm的断面净宽。顶板工作面选择液压支架的型号是ZF4000/14/28，支护型号是ZFG4800/19/30，支架支撑高度具有1.4 m的最小值和2.8 m的最大值。布置工作面是2.0 m的采高和150 m的长度，顶煤选择2.7 m的厚度，当1：1.35采放比时，可达93%的回采率。开采方式选择后退式倾斜长壁俯斜模式，采煤机械化综合放顶煤时，放顶煤紧随割刀煤后进行，管理顶板的作业模式是“一采一放”的全部垮落法[1]。

1.2 放顶煤具体操作过程

综放工作面割煤方式是单向斜切从端部进刀，而落煤得割煤方式则是双向的，因为其采煤机为双滚筒模式，上部煤的割煤方式利用前滚筒，下部煤的割煤方式利用后滚筒，最后刮板前部输送机把最终的落煤运出，刮板前部工作面的输送机还可以利用推溜过程铲入余煤，而矿山压力将顶煤冒落破碎后顺着支架切顶线下来，再利用自溜自装模式下的尾梁支架放煤口达到运输机的后部刮板。采煤放顶的主要流程包括[2]：维护端头并检修机电，接着注水煤层并完成割煤和帮板的收护，在进行支护前探后将护帮板打开，然后输送机推前部，紧接着伸缩梁收回去，完成移架后再放顶煤，最后一步是输送机拉后部。

2 开采放顶煤常见现象

2.1 发生严重的漏顶及煤壁片帮情况

因为工作面进行放顶煤时会遇到较厚的煤层，在煤质松软环境中的煤机进行割煤时极易出现煤壁片帮现象，顶煤冒落主要因为较大的端面距，所以最终出现了漏顶现象。煤机割煤因煤质松软出现的漏顶和煤壁片帮后，无法在支护煤壁环节将护帮板打开；此外，而且下扎支架前因为较薄的顶煤而无法有效地托住，顶煤冒落便出现在拉架环节；另外漏顶和煤壁片帮还与采高超高以及支架接顶不实有关。

2.2 极易出现支架倒架

当支架顶底没有严密贴合时，会因不均衡的受力和互相制约的两个支架而出现采煤工作面出现支架倒架的后果。顶煤部分发生片帮主要是因为采高较高出现的，此时移架极易出现倒架也是因为未完美贴合顶部；割煤后的拉架支护不及时也会出现漏顶倒架的后果；操作完成后必须及时将手把归零，否则支架在移动或者下降上升时便会交错重叠支架。顶底板遇到破碎顶板甚至断层区域，因圆木接顶不及时和不平整的平面，会出现个别歪斜支架，当操作不当或者不及时恢复支架未便会出现大面积的歪斜倒架。整体漏顶的情况是因为严重的片帮被松软的煤质导致的；当较慢的开采出现在空顶环节，过久暴露较低的顶板会发生漏顶倒架，主要原因是未及时刹顶。

2.3 涌出持续上升的绝对瓦斯量

通常开采放顶煤遇到煤层较厚时，必须在某个厚度的煤层或者顺着底板煤层，布置采煤工作面为2~3 m范围的采高。本矿的瓦斯相对较高，所以瓦斯含量在煤层里也不低，及时提前打钻抽放了煤层里的瓦斯含量，其剩余的瓦斯也不低，主要是因为破碎、松软的煤质，所以瓦斯浓度无法利用抽放达到良好的效果。故，当煤体破碎出现在回采中，释放的煤体瓦斯会导致增加上隅角回风处的瓦斯含量，由于未充分垮落顶板，因此出现悬顶，在采空区会大量堆积瓦斯，当瓦斯超出上隅角最大限度的百分之一时还未制定相关措施，则会影响回采进度，出现启动瓦斯电闭锁的现象。

3 综采放顶煤的处理对策

3.1 控制漏顶和煤壁片帮的方案

3.1.1 漏顶时实施处理措施

工作面出现漏顶甚至煤壁帮后必须马上停止作业，进行相关的处理措施。当漏顶是因大范围的工作面片帮导致的，就要利用板皮结合圆木完成刹顶，去达到支架贴合顶板的目的。必须坚持每日十二点注水到煤层湿润煤体，可以解决煤体松软的缺点，使其更加黏结。工作面完成放顶煤的割煤动作以后，必须将护帮板立即打开，煤壁提升了支护面积后才可完成煤壁的支护动作。刚进行下扎支架时，小循环的人工开帮也可实现下扎效果。回采工作面放顶煤时，必须牢牢把握采高，切忌超过支架限高。

3.1.2 移架时可以带压完成

擦顶带压移架：对支架进行操作拉移手把，设置位置到拉移处，而垂直位置则是护帮板的第1和第2级，降架是利用的降架手把设置的，在遇到前移的支架时，要复“零”的是降架手把，才能拉移复位支架。

超前移架：此动作发生的前提是，采煤机遇到严重破碎的顶板及片帮状态，超前移架前无需完成割煤，剩余操作之后进行。尤其是破碎地段，遇到无法超前移架情况时，采煤机前滚筒动作后紧接着移架，实现移一架紧随割一架之后。需要借助相关措施，才能在支架限高前提下满足要求的初撑力，煤壁前移必须借助合理的支撑压力。

移架护帮降架:第一步先深处支架前梁与护帮板，使煤帮被支护后再降架，拉移支架必须在前梁和支架顶梁保持水平后完成，前梁插板缓慢操作的过程是顶梁不动但却移动支架底座的时候，拉移支架直至24 MPa的立柱压力后，立刻中止升架[3]。

3.1.3 注水进入煤体

煤层注水保证1个圆班1次，湿润煤体才能在割煤中实现良好的控尘，除此之外煤更具抗压性以及黏结性也与注水相关，保证顶煤在回采过程被合理控制。深孔和浅孔这两种布置方式的分别应用是：浅孔注水选择的是三花眼注水孔，和煤墙是垂直方向，底板和第一行孔保持1.2 m距离，有6 m的孔间距以及孔深；底板和第二行孔保持45°仰角和1.7 m的距离，有6 m的孔间距以及孔深，共达160 m的工作面，施工一次的注水孔高达52个。深孔注水必须距顺槽的工作面进回口30 m，注水直接借助抽放孔即可，位置在顺槽正帮处。距抽放孔五米时停止注水，必须借助棉纱或黄泥封牢抽放孔。工作面注水泵的型号选择了1箱2泵的MRBZ-200/31.5完成注水，钻机打眼的型号是气动手持式ZSQJ90/2.4型，具有Φ43 mm的钎头直径，麻花钎杆规格是Φ42 mm×1 000 mm，注水的封孔器和截止阀的连接总成管规格是Φ10 mm×2 mm×10 mm。封孔器是1.5 m的长度Φ38 mm的直径，为达到注水要求，最好将封孔器焊接长焊管的程度是1.0 m。

3.1.4 限定采高

规定2.0 m±150 mm的采高限定，回采过程必须低于此值。保证所验收的工作面质量，基本前提就是全面的支护措施。煤壁护帮板打开支护动作紧随割煤后，可以减少片帮，并且煤壁提升了支护范围。

3.2 预防倒架

支架工要时刻关注工作面是否出现了倒架，并做出调架动作。遇到较严重的情况后，必须集中力量完成安全措施，杜绝问题严重化。

工作面倒架大面积发生时，顶帮维护好才能扶架，特别是上方顶板和支架前方。刹顶和刹严设置在破碎顶板段，用到人工开帮时，要铺设的人工假顶选择单体铺设和圆木结合金属网。扶正顺序是由上至下。扶架后要垫好底背好顶，保证顶板接实升紧的支架。

扶正拉顶梁：调出倒架额上方，设置支撑单体支护去扶正顶梁。

扶正紧随拉架:顶梁顶板被煤岩破碎段压住的严重倒架时，无法完成原地扶架必须立刻开帮拉架，保证扶正紧随拉架动作。

3.3 防治回采瓦斯的具体措施

3.3.1 封堵端头

工作面回采超过3 m（10 m2）的悬顶深度，遇到未垮落的顶板顺槽两端头或者大量涌出的老塘瓦斯时，老塘侧顶板和机头支架未紧实冒落时，1袋尼龙袋大概装2/3的浮煤，按照从下至上的顺序，垒墙到顶板帮助封堵，最后严实充填缝隙选择黄泥。回采生产班之前必须要封堵。

3.3.2抽瓦斯提前埋好抽放管

封堵前选择抽放管Φ400 mm的规格安装于第一节采空区副帮处掐开，运至100 m工作面回顺宽敞地段等着回收。短接抽放管头延长到采空区。

3.3.3 完成深孔预裂爆破

工作面布置预裂孔在煤壁延伸运顺线，煤壁延伸线处完成深孔预裂爆破，保证500 mm的孔间距以及6 000 mm的预裂孔深，一次保证完成预裂孔五个，并具备70°~80°左右的水平夹角、80°的顶板和预裂孔夹角，老塘侧是眼底；不断推进的工作面，必须保证落顶成效，所以工作面提前选择锚杆和退锚器的剪切器，退掉切顶线和溜子机头跟前的锚杆托板以及锚索。

4 结语

综采放顶煤当前的几种方法无法合理地解决相关问题，经多次实验和研究最终确定后期方案是引进相关的措施，如安装留顶煤和挡矸超前支架，可以解决地质条件较差时在开采放顶煤过程中可减少瓦斯和煤的突出问题，达到了安全的矿井生产要求，可以为同行业提供相关经验。