开元公司15401 大采高综采工作面大倾角开采技术

赵晓东

（华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）

1 概 况

开元公司15401 综采工作面位于15 号煤四采区，埋藏深度为388～502 m，地面位于放马沟村（已搬迁）正下方，井下位于15402 工作面（正掘）以北，东邻15 号煤四采区系统巷，西靠矿界保护煤柱，为15 号煤首采面。

工作面走向长1 532 m，倾斜长220 m，煤层总厚1.4～4.3 m，平均4 m，煤层倾角3°～26°，平均倾角13°。切巷以东760 m 范围存在一向斜构造，造成工作面中间低，两边高，向斜轴呈北东方向延伸，北翼煤层倾角最大26°，最大相对高差57 m，如图1 所示。顶底板条件见表1。

表1 煤层顶底板情况Table 1 Coal seam roof and floor situation

图1 15401 综采工作面布置Fig.1 Arrangement of 15401 fully mechanized mining face

工作面采用走向长壁后退式综合机械化一次采全高采煤方法，循环进度0.8 m，工作面采高控制在4.0 m，采用全部垮落法处理采空区。采煤工作面主要设备见表2。

表2 工作面主要设备Table 2 Main equipment table of working face

2 开采存在的问题

我国大采高综采面液压支架稳定性事故率较高，根据大采高工作面开采经验，4～4.5 m 采高，煤层倾角应控制在12°以内；5～5.5 m 采高，煤层倾角应控制在10°以内；6 m 采高，煤层倾角应控制在5°以内。而开元公司15401 工作面受向斜构造影响，中间低，两头高，最大倾角达26°，严重超过经验数值的12°以内，极容易造成挤架、咬架、倒架等安全事故，因此须采取相关技术措施，保证工作面安全开采。

3 工作面开采论证及回采情况

3.1 开采论证分析

15401 工作面开采前，为保证大倾角开采的安全性，对正常推进和绕采两种方案进行开采论证。方案一：在底弯处进行填矸压巷调坡，在满足支架安装需要的基础上组织正常推进。方案二：绕采切巷以东300 m 范围向斜构造影响严重区域，但会损失约18.9 万吨煤炭资源。开采方案论证如下。

（1）煤层厚度对大采高开采的影响。随着采高的增大，工作面片帮面积呈现幂函数增长，根据阳泉矿区采高与煤壁片帮关系统计，当工作面采高超过5.5 m 后，煤壁片帮程度迅速增大。15401 工作面平均煤厚4 m 左右，煤壁片帮对回采影响较小，且工作面安装ZY12000-22.5/45D 型支架，配备护帮板，提升控帮控顶效果。

（2）顶板力学性质对大采高开采的影响。工作面煤层上方直接顶为2.4 m 左右K2 下石灰岩、19.5 m 砂质泥岩，岩石硬度系数约为9～11，水平层理，具裂隙，为方解石脉充填，综合评定为3 类稳定顶板，不易发生冒顶，有利于支架的稳定性，防范倒架事故，如图2 所示。

图2 岩层柱状图Fig.2 Columnar diagram of rock strata

（3）工作面仰俯采对大采高开采的影响。巷道起伏尤其是仰采对大采高综采面片帮冒顶有重要影响，根据阳泉矿区开采经验，工作面最大仰采角度达到20°，煤壁片帮危险性明显增大，设备适应性差。15401 工作面回风巷俯采坡度在8°左右，进风巷仰采坡度小于12°，走向方向角度较小，有利于支架纵向上的稳定性。

（4）装备对大采高开采的影响。15401 工作面采煤机为MG-750/1900 型，整机装机功率1 900 kW，开采适应性强；ZY12000-22.5/45D 型支架配备护帮板、防倒千斤、底调千斤，并安装电液控制系统实现邻架操作，提高调架功能性能。采煤机、支架及其他配套设备均为新投入使用的装备，装备先进有利于高产高效组织。

（5）矿压对大采高开采的影响。该面为开元公司15 号煤首采面，两巷均为实体煤巷道，其他工程对工作面围岩扰动较小，工作面矿压显现不明显，有利于工作面顶板管理。

（6）经济对比。方案一硬过挠曲构造较方案二绕采构造可避免衔接停产3 个月左右，多采出煤炭18.9 万吨，经济效益显著。

综合考虑15401 工作面放马沟向斜构造影响范围、顶底板条件、煤层坡度及周边地质构造影响，开采装备、采掘衔接合理、煤炭资源损失等方面，在技术可行、经济合理的条件下，考虑采用方案一开采。

4 采取的技术措施

4.1 工作面安装过程

（1）在工作面向斜轴部20 m 范围内填矸厚度0～1.5 m 进行掩底降低采高，并硬化处理底板，以减缓巷道曲率，满足支架安装要求，降低工作面初采难度。在工作面向斜轴部区域，共需安装20 架进行调整角度26°，平均每架调角度1.3°。

（2）安装支架时，为防止坡度大造成支架相互撞击移位，在相邻支架的底座间掩设道木、木墩，确保支架侧护板处于正常打开状态、支架顶梁有间隙不挤压，并保证支架与工作溜垂直且初撑力达标。

（3）切巷中所安设支架和工作溜要平缓过渡，严禁出现台阶，增加后期开采过程中推溜移架的难度。

（4）工作面机头安装过渡支架4 架，机尾不安装过渡架，工作面通过向斜构造落差减小后，方便后期拆架、缩溜。

4.2 初采期间支架状态调整

（1）强化工作面初采期间的工程质量管理，加强支架初撑力管理，确保支架整体达标率不低于95%。

（2）结合15401 工作面现场实际情况，合理控制采高，不同区域采取不同的采高。为确保机组能够顺利通过，并减少割岩量，向斜轴部区域按照设计适当降低采高，控制在3.0～3.5 m，减小巷道坡度。

（3）针对15401 工作面呈现凹形，采煤机运行过程中始终处于上下坡状态的情况，要合理控制运行速度，尽量与拉架速度相适应，割一架拉一架，避免造成工作面大面积空顶，同时支架工拉架时要带压擦顶移架。

（4）15401 工作面每2 架支架安装1 组防倒千斤。操作支架时2 人一组进行配合操作，先用相对低位支架的侧护板撑住相对高位的支架，1 人操作支架防倒千斤及底调千斤，1 人操作支架拉移，将高位支架拉出并升紧接顶，使初撑力达标；然后将低位支架侧护板收回，1 人操作防倒千斤，1 人拉移支架，将低位支架拉出，打开侧护板升紧支架，同时确保支架与工作溜垂直且不挤架。

（5）15401 工作面进风顺槽安装激光定位指向仪，锁定机头位置，精准监测工作溜的窜前窜后情况，便于及时调整回进风推进度。随着15401 工作面的不断推进，进回风落差及工作面坡度将变小，工作面斜距将缩短，要及时合理调整进、回风进度差，适当进行伪斜开采，关注回风支架占巷情况，必要时回风端头要及时拆除支架。

4.3 一通三防技术措施

（1）15401 工作面初采期间必须按风量核定批复文件中规定风量的1.2 倍进行配风，确保工作面风量充足，正常生产期间按核定风量进行配风；如在回采过程中发现瓦斯涌出量比预计量大时，在保证工作面风速不超限的前提下应及时进行风量调整。

（2）15401 工作面生产期间，加强瓦斯检查，工作面向斜轴部区域每架施工1 个超前排放钻孔，钻孔深度为12 m，允许推进7 m，预留5 m 的超前保护距离。

4.4 超前地质预测预报

15401 工作面开采期间，精准统计工作面日推进度，严格按照每2 日或每推进5 m，及时收集工作面地质资料，绘制15401 工作面专项地质预测预报剖面图，对工作面过构造情况、割岩情况、工作面坡度、支架斜度、采高等进行详细描述，为工作面调整施工方案提供可靠依据。

5 结语

本文针对开元公司15401 大采高大倾角综采工作面的现状，进行了开采方案的比选和论证，确定了在底弯处进行填矸压巷调坡，在满足支架安装需要的基础上组织正常推进的开采方案，并制定了工作面支架安装、调整等方面的针对性技术措施。根据现场实践情况，工作面实际开采后，煤层条件进一步恶化，倾斜方向最大倾角达35°，但支架支撑有力，状态正常，未发生“挤架、咬架、倒架”，基本实现工作面顶板的有效管理，表明制定的大倾角开采技术措施安全有效。截至目前累计推进348 m，日均割煤3 刀，较绕采方案多出煤18.9 万t，按500 元/t 计算，产生经济效益9 450 万元，积累了大采高综采工作面大倾角开采现场管理经验。