挖金湾矿山4#层首采工作面开采技术研究

杜利斯

（晋能控股煤业集团公司挖金湾煤业公司，山西 大同 037042）

1 工程概况

挖金湾煤业公司8101 工作面位于山4#层一盘区西翼北部，南部与盘区北回风巷、主运输巷相接，东部与5103 巷相邻，西部、北部尚未开掘。8101 工作面对应上覆为侏罗系14#煤层古窑采空区，侏罗系14#煤层与二叠系山4#煤层之间层间距为346～354 m。8101 工作面走向平均长度849 m，倾斜平均长度151.5 m，煤层平均厚度为3.27 m，煤层结构简单，煤层中含2～3 层厚度为0.05～0.50 m的夹石。8101 工作面采用一次采全高、全部垮落、长壁后退式综合机械化采煤方法[1-4]。

2 设备配套选型及回采工艺

2.1 设备配套选型

结合挖金湾煤矿水文地质条件、煤层特点、瓦斯及其他影响回采因素，综合考虑技术装备的先进、性能稳定及能力匹配、安全性能等因素对首采工作面设备进行配套选型，设备选型技术参数见表1、表2。经首采面回采验证此套设备选型及配套较适合山4#层安全开采要求，在回采过程中无大故障出现，其设计运输能力能够满足高产高效要求。

表1 机电设备技术参数

表2 液压支架技术参数

2.2 首采面回采工艺

（1）作业方式：本工作面作业方式为四六制作业，早班定检作业，二班及三连四大夜班生产作业。（2）工艺过程：8101 工作面采用后退式单一长壁沿煤层顶底板端头斜切双向进刀割三角煤法开采。（3）采煤工艺流程：端头斜切进刀 →割煤→移架→推溜。（4）进刀方式：采用头尾端头斜切进刀的方式，采煤机自行开缺口，斜切长度25～30 m，采煤机前滚筒割上刀后滚筒割下刀，当采煤机割到工作面头或尾，割通煤壁后，调换滚筒位置。前滚筒下降，后滚筒升起并沿输送机弯曲段反向切入煤壁，直到输送机直线段为止，然后将输送机移直，重新返回割煤至输送机头处并调换两个滚筒上、下位置回采三角煤，煤壁割直后再次调换上、下滚筒，反向正常割煤。

3 矿压观测及顶板管理

3.1 矿压观测

根据对8101 首采工作面的长期观察，工作面初次垮落步距为28 m，基本顶初次来压步距为55 m，基本顶周期来压步距为32 m。据统计，该工作面共计经历了20 次周期来压，支架最大工作阻力达到45 MPa。具体情况见表3。

表3 液压支架技术参数

3.2 顶板管理

（1）工作面支护。根据8101 首采工作面煤层厚度及围岩特征，本面中部采用ZZ13000/25/50 支撑掩护式液压支架82 架，ZZG13000/25/50 过渡液压支架7 架（头3 尾4 过渡支架），ZTZ10000／23／42 端头液压支架1 架。按支架型号、机组截深确定工作面最小控顶距为5.795 m，最大控顶距为6.595 m，端面距为0.595 m。首采工作面回采至28 m 时采空区发生大面积塌落，此后采空区塌落紧跟工作面，无悬板存在。两端头悬顶随回采推进并未塌落，后随工作面推进加大退锚退索力度，两端头逐渐塌落。

（2）超前支护。2101 巷转载机与工作面采煤侧支设单体液压支柱一排，转载机与工作面非开采侧支设单体液压支柱一排，配合使用1.2 m 长的π型顶梁，排距3.9 m，柱距1.2 m，支设至设备列车尾部；5101 巷单体液压支柱支护，采用一梁一柱支护方式配合使用1.2 m 长的π 型顶梁支护顶板，排距2 m，柱距1.2 m。经过8101 首采面回采过程中观测的数据及分析结果，此种超前支护能很好的适应挖金湾煤业公司。

（3）过超高段支护。8101 首采工作面2101 顺槽531～548 m 处有一正断层，落差约1.7 m，此处顶板较破碎，掘进过程中造成巷高4.7 m，对回采的超前支护造成影响。回采前，特制定了过此超高段专项安全技术措施，使用锚索吊工字钢梁背道木的方式做好假顶，使得超高部分巷高已降至3.5 m。在此段支设超前支护时，需先用工字钢做好单体柱支设点，方法是平行顺槽方向架设4 根工字钢，两根工字钢一组，共两组，分别架设于转载机两侧巷道顶板上，并用14#铅丝与假顶固定牢靠，捆绑结实，支设单体柱时，单体柱顶住此工字钢。5101 巷超前及端头支护不变，经过此段时及时更换损坏的单体柱，确保单体柱初撑力合格，最终顺利通过此超高段。

4 通风及工作面防瓦斯、防灭火管理

（1）通风及防瓦斯管理。8101 首采工作面瓦斯绝对涌出量为2.6 m3/min，上隅角瓦斯浓度最高为0.36%。首采工作面配风量为1904 m3/min，实配2080 m3/min，回采期未发生上隅角、工作面、回风流瓦斯超限现象，风排瓦斯完全满足瓦斯治理的需求。8101 工作面在开采前，已建成一套临时瓦斯抽放系统，系统采用上隅角抽放工艺。系统选用ZWYB-200/315-G 煤矿井下移动瓦斯抽放泵2 台，一用一备，标态下抽采流量在0～200 m3/min，配备1 趟DN600 mm 管路（壁厚6 mm）。瓦斯抽放系统运行时，抽放管道瓦斯浓度最高为0.62 m3/min。

（2）防灭火管理。在8101 综采工作面开采期间严格采取以不间断注氮为主，喷洒阻化剂为辅，地面注浆为备用措施，束管监测为保障的综合防治体系。

5 经济效益分析及结论

8101 首采工作面回采以来，最高日产量为1.15万t，单月最高产量突破23 万t，且此套综采工作面开采工艺简单高效，回采率、环保及吨煤成本等各项指标达到了较先进水平，完全适合该工作面的地质条件，为挖金湾矿及周边延伸矿井探索出了一条适合石炭系煤层开采的工艺，能满足现代化社会对煤矿高产高效的要求，具有较大推广应用价值。