放顶煤端头综采一体化技术的研究及应用

刘元祺

（晋能控股煤业集团长治公司，山西 长治 046000）

引言

放顶煤工作面采用长壁后退式采煤法，采煤工艺为综合机械化放顶煤工艺，回采巷道跟顶掘进，工作面跟底回采时，随着工作面的推进，在支架端头常有大量三角底煤丢失，导致工作面煤炭回采率低[1-3]。为了提高煤炭资源利用率，山西某矿虽采取了一定的技术措施对三角煤进行回收，但随着三角煤的回收，工作面上端头高度也随之逐渐增大，而目前所采用的铰接梁、单体液压支柱超前支护工艺，不仅施工难度大、工序繁琐复杂、工程量大，还需摆架培顶，原架型上增设增高箱体、增高支架，支架重心不稳定，安全上存在支架倾倒等风险。因此，对该矿现存问题进行有效解决迫在眉睫。

1 工程概况

山西某矿3号煤层为目前主采煤层，属二叠系山西组地层，煤层赋存稳定。其中2305工作面沿走向长695.5 m，倾斜长97 m；煤层厚度为5.0～5.8 m，平均厚度为5.4 m。2305工作面煤层顶底板情况见表1。

2 2305工作面存在的问题

2305工作面长度平均97 m，最短处60 m。由于倾向较短端头三角在回收率中的占比增加，导致在开采中存在回收率偏低的问题[4]。2305工作面掘进期间采用摸顶掘进，回采期间采用摸底回采。由于工作面煤层平均厚度为5.4 m，而以往工作面使用的ZFG4000型过渡液压支架最大支撑高度为2.6 m，导致推采过程中在工作面端头丢失大量三角煤，造成煤炭资源浪费，煤炭回收率低等问题[4]。因此，如何安全有效地回收三角煤对该矿是一个非常紧迫的问题。

另外，作为该矿南翼地区的第三个大煤工作面，2305工作面在地面部分局部为村庄，从切眼往外推采276 m后，工作面进入村庄保护段，开始执行条带开采，工作面长度由120 m缩短为60 m，这一情况直接造成工作面成为一个不规则多边形，从而直接造成下巷运输设备的增多，下巷从一部溜子开始到转载机总共八部运输设备，原本人员就受限于《煤矿井下单班作业人数限员》的规定，现在设备的增多人手愈显不足，对生产班组更是雪上加霜。

表1 2305工作面煤层顶底板情况

针对上述问题，提出在2305工作面采用巷道超前“门式支架”。该型号支架具有工作阻力大，安装简单，移动方便，对不同条件适应性强等优点[5-6]。上下两巷超前支护以往都是早班对其进行超前打设，来保证工作面当天推采量。通过使用巷道超前“门式支架”，相对金属铰接梁配合液压点柱的超前支护，减少了职工的劳动强度，降低了用工量，可在生产过程中移动支架，有效实现了减员增效的目的，为更好地分配各班组人员提供了可能。

3 工作面端头综采一体化技术的应用

3.1 在端头采用过渡支架

2305工作面现用支架为ZF4000型液压支架，最大支撑高度2.6 m。如下页图1所示，经过10架支架进行摸底，端头留有2.8 m底煤，造成大量三角煤的丢失。如下页图2所示，在端头使用ZFG5000型过渡液压支架后，最大支撑高度增大为3.5 m，经过6架支架进行摸底，虽然减少了端头底煤遗留量，但仍有1.9 m底煤被遗留。

图1 使用ZF4000和ZFG5000型过渡支架正视图

图2 使用伪顶铁箱布置图

3.2 在端头过渡液压支架上加装伪顶铁箱

在端头使用ZFG5000型过渡液压支架后，最大支撑高度增大为3.5 m的基础上，在上顺槽巷道内布置两组ZFG5000型过渡液压支架，并在巷道内支架上加装伪顶铁箱。使用丝杠将伪顶铁箱与支架顶盖连接，铁箱支撑高度1 m。端头最大支撑高度达到4.5 m，端头留有0.9 m底煤。采用伪顶铁箱进一步减少了端头底煤遗留量，使得巷道内底煤得到回收。但是，端头底煤仍不能完全被回收，对巷道内底煤回收也不充分，且存在伪顶铁箱与支架链接牢固性差、伪顶铁箱不可伸缩灵活性差和与超前支护搭接不严密等问题。

3.3 在端头过渡液压支架上加装增高支架

在端头使用ZFG5000型过渡液压支架后，最大支撑高度为3.5 m的基础上，在上顺槽巷道内布置两组ZFG5000型过渡液压支架，并在巷道内支架上加装增高支架，见图3。增高支架通过专用销轴与支架顶盖链接，铁箱支撑高度1.5 m。端头最大支撑高度达到5 m，端头留有0.4 m底煤。在端头使用增高支架后，虽能进一步增大了端头支撑高度，使端头遗留底煤降低至0.4 m，但仍不能完全回收三角煤，对巷道内底煤回收不充分，且对上顺槽下帮煤壁具有一定影响，也存在与超前支护搭接不严密的问题。

图3 在端头使用增高支架视图

3.4 在端头采用综采一体化支架

如下页图4所示，在端头使用ZFG5000型过渡液压支架后，最大支撑高度为3.5 m的基础上，在上顺槽巷道内布置两组ZT6800型过渡液压支架，使端头最大支撑高度增大至5.4 m，端头不再丢底煤，使得巷道内底煤得到回收。另外，ZT6800型液压支架灵活性高，稳定性强，且与超前支护搭接严密。

4 工程应用效果

在机尾安装2架高度为5.4 m的ZT6800/26/55型端头支架，支架主要技术参数为支架高度2 600～5 500 mm，支架宽度1 410～1 580 mm，支架中心距为1 500 mm，初撑力31.5 MPa，工作阻力6 800 MPa，泵站压力31.5 MPa，质量31.4 t。使用该型号支架对应工作面5.4 m的煤厚，使工作面在机尾实现了一次采全高，在有效地增加了资源回收率的同时，增加了机尾支架下的通风断面，在确保安全的同时大幅度提高了经济效益。

图4 在端头使用综采一体化支架视图

相较于传统超前支护所采用的液压点柱配合金属铰接梁的支护方式，在2305工作面安装期间，上巷超前支护采用20组型号为ZQ1800/19/40型门式支架，支架参数为：最低支撑高度1 900 mm，最高支撑高度4 000 mm，横梁宽度500 mm，立柱滑靴宽长600 mm，宽400 mm，横梁最小支撑巷道宽度2 600 mm，最大支撑巷道宽度4 000 mm，初撑力1 600 kN。支架配套配件：支架运输车、轨道和轨道铁枕等。使用该型号门式支架后，人员配备得到调整，以往超前支护的打设为早班，使用门式支架后超前支护的移设改为中夜班移设，实现了按需移设，减少了不必要的资源浪费，人员调整后减少了早班入井人员。同时减少了人工抬运点柱的工作量，降低了抬运期间和挂梁期间人员作业风险[7-8]。在使用过程中，该型号支架移动简单，在生产过程中即可完成超前支架的移设，为2305工作面顺利生产打下了坚实基础。

该工作面上端头一体化支护设备装备后，实现了工作面端头综采支护一体化，利于快速推进及安全生产，实现了超前支护工艺机械化快速交替作业，提高了生产效率，减轻了工人劳动强度，采煤机可直接割透三角煤，替代人工卧底并实现机械化作业，提高了综放工作面整体装备技术水平，实现了安全高效生产。