急倾斜特厚煤层水平分段综采工艺的研究

张 元

（晋能控股煤业集团虎龙沟煤业有限公司，山西 大同 037000）

当前对于急倾斜特厚煤层，主要是采用水平分段综采工艺，工作面沿倾向水平布置，回采巷道分别沿煤层顶底板掘进，习惯称为顶板巷、底板巷。工作面长度比较短，基本等于煤层厚度。工作面设备基本与缓倾斜综放工作相同，由于工作面长度较短般采用单滚筒采煤机。该采煤方法一般适用于煤层厚度大于10 m以上、煤层倾角大于45°以上的煤层，且推进长度一般大于500 m。急倾斜厚煤层可以采用沿空留巷放顶煤开采技术，实现全负压通风。其技术原理沿煤层走向某一标高水平掘进巷道作为工作面的运输巷，该巷道同时作为回采工作面；工作面后部（运输巷）留巷与回风上山联通用作工作面回风巷，或者在该水平往上留设一个阶段高度水平掘进一条回风巷，上、下巷道通过联络斜巷联通。该采煤方法实现了全负压通风，彻底解决了原巷道放顶煤通风系统不合理的缺点，实现了真正意义上的机械化开采。

1 工程概况

晋能控股煤业集团虎龙沟煤矿位于山西省怀仁县鹅毛口镇窑子头村，矿区面积12.207 9 km2，设计生产能力120万t/a。N1201工作面位于该煤矿井田中部，工作面东部邻近8501采空区，南部与盘区东轨道大巷相接，西部尚未开拓，北部邻近矿界。N1201工作面走向长度1 215 m，倾斜长度183 m，倾角3°~5°。煤层总厚度为14.94~18.25 m，计算储量厚度为10.05~11.21 m，煤层结构复杂，厚度变化稳定，中含夹石及火成岩。N1201工作面煤层顶底板情况如表1所示。

表1 煤层顶底板情况表

N1201工作面水文地质情况简单，相对上覆岩层含水性较弱。工作面导水通道主要为相邻采空区积水；其次为含水层及断层裂隙导水，构成了地表大气降水向深部含水层的渗透补给。在开采过程中煤柱侧底板处有渗水现象。工作面瓦斯绝对涌出量为7.78m3/min，煤尘爆炸指数39%，采后自然发火期为3~6月。

2 水平分段综放开采工艺方案

基于N1201工作面的急倾斜厚煤层的特点，采用水平分段放顶煤开采工艺模式，可以有效地减少工作面设备及工艺管理的难度。N1201工作面采高为2.5 m，工作面走向长度为660 m，分层厚度确定为10 m，放顶煤高度为7.5 m。

2.1 设备分析

根据水平分段综放开采要求及该矿现有运输设备条件，确定运输顺槽和回风顺槽的高×宽=2.5m×3.1m。运输顺槽和回风顺槽均采用工字钢梯形棚子支护架间距1.0 m，设计在距工作面前方20 m的两顺槽范围内采用抬棚来加强支护。本工作面采用ZF13000/25/38型低位放顶煤支架97架，ZFG13000/27.5/42型过渡支架9架，一组ZTZ20000/27.5/42型端头支架（两架一组）支护顶板，采用自然垮落法管理顶板。前（后）部刮板输送机：SGZ—1000/2×855型刮板输送机；转载机（过渡输送机)：SZZ—1200/525型桥式刮板输送机；顺槽皮带机：DSJ-120/250/3×500型皮带机。

装、转载方式：采煤机（落煤、装煤）→前部刮板输送机→顺槽转载机（经破碎机破碎）→顺槽皮带机→齿辊破碎机→过渡刮板运输机→盘区皮带→漏煤眼→主斜井皮带→井上选煤楼。支架（放顶煤）→后部刮板输送机→顺槽转载机（经破碎机破碎）→顺槽皮带机→齿辊破碎机→过渡刮板运输机→盘区皮带→漏煤眼→主斜井皮带→井上选煤楼。

乳化液泵站为BRW-630/37.5型，喷雾泵用BPW—315/16型，端头支护采用DDW40-250/110型单体液压支柱；选用MG650 1630—WD型双滚筒采煤机割煤。工作面的作业方式三班生产。

2.2 工艺方案

采煤工艺：采煤机斜切进刀→割煤→移架→推移前部运输机→放顶煤→拉移后部运输机→拉转载机（端头支架）→缩自移机尾→支回柱（端头、超前）此为一个正规循环，照此往复不断推进。采煤机采用双向穿梭割煤法，从头到尾或从尾到头，采煤机沿牵引方向，升起前滚筒按设计采高割顶煤，后滚筒沿底板割底煤。

2.2.1 割煤、装煤

工作面端部采煤机斜切进刀为斜切割三角煤进刀法，进刀长度30 m，截深0.8 m，其进刀工艺如下：

1）采煤机割煤至尾部后，进行反向牵引，调换滚筒位置割掉端头采煤机段底煤。

2）采煤机后滚筒17.5 m外溜子推移到位。

3）沿输送机弯曲段逐步斜切入煤壁。

4）将端头输送机弯曲段全部推移到煤壁并移直，放顶煤，拉后部运输机。

5）采煤机再次反向牵引，调换滚筒位置，割掉机身段底煤和三角煤，采煤机割煤到端部。

6）扫清三角段浮煤，进入正常割煤至尾部或头部。

割煤时严格控制采高，将煤壁割直、顶底板割平。采煤机割煤速度与支架移架速度及运输能力相配合，防止空顶范围大或运输机煤量过多，影响正常生产。

2.2.2 移架

工作面移架方式采用追机作业及时支护方式。拉移支架为操作方式为本架操作，拉移支架滞后采煤机后滚筒3—5架；如顶煤破碎，拉移支移可紧跟前滚筒5架；移架程序：收回护帮板→降前探梁→收回伸缩梁→降主顶梁→调整侧护板→升抬底千斤顶（高度根据实际选择）→移支架→收抬底千斤顶→升主顶梁→升前探梁→伸伸缩梁→伸护帮板→推开侧推千斤顶。移架时，要求将支架移成一条直线，其偏差不得超过±50 mm。移架时，降架幅度以能使支架前移为宜，主顶梁下降量控制在200 mm以内，防止支架架间咬架或漏顶煤。

3 效果分析

对N1201工作面进行了水平分段综采放顶煤采煤法的实践应用研究。从2019年5月至2019年8月，三个月的时间内，N1201工作面共推进177 m，煤炭开采量为平均20 147 t/月，月产最高量为21 116 t；平均工效12.436 t，最高月工效14 t。在开采期间，N1201工作面的生产情况完全符合该煤矿的预期目标。同时如进一步调整矿井的运输系统和主提升能力，还可以进一步提高开采效率。