蔚州矿区一号煤层综采工作面回采技术研究

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【摘要】蔚州矿区1号煤层属于“三软”煤层，开采时面临顶板破碎、底板遇水泥化和煤壁易片帮等难题。近年来，由于1号煤层顶、底板岩性的特殊性，该矿区回采1煤层从未取得大的收益。崔家寨矿E12101工作面在立足“三新”管理，采取“预留底煤、煤壁打设液冲锚杆、支架抬脚垫料及分组供液”等方法，首次回采成功。

【关键词】三软煤层；预留底煤；液冲锚杆；抬脚垫料；分组供液；三新管理；控制水

1、引言

蔚州矿区位于河北省张家口市蔚县境内。矿区内1号煤层可采储量占矿区可采储量的28.44%，且尚未大规模开发。随着矿区建设步伐的加快，如何科学地回收和挖潜1号煤层资源，将对矿区的发展和经济建设起着举足轻重的作用。崔家寨矿E12101工作面作为该矿区第一个试采成功的1号煤层综采工作面，不仅为矿区今后回采1号煤层积累了经验，还为类似条件下煤层开采提供了参考和借鉴。

2、煤层及顶、底板条件概述

崔家寨矿E12101工作面为下山开采，煤层平均厚度2.86m，赋存稳定，结构复杂，以光亮―半光亮型煤为主，其煤层及顶底板状况见表1-1。

3、工作面“三机”配套

工作面所使用的机组：MG610/1400-WD型，滚筒截深800mm；刮板输送机：SGZ-1000/1400型；液压支架：ZY6400-21/45掩护式支架。

4、E12101工作面在回采过程中遇到的困难

由于E12101工作面煤壁及顶、底板岩石的特殊性，在回采过程中主要存在以下困难：

（1）顶板：直接顶为粘土岩，岩性较软且裂隙发育，在支承压力作用下顶板容易破碎、掉矸，致使移架后架脚前浮矸多，再次移架前必须人工清理浮矸，严重影响移架速度。如果移架不及时或煤壁片帮造成端面距加大就会导致冒顶，遇周期来压时矿压显现更加明显。

（2）煤壁：煤层松软，容易片帮，片帮后加大了端面距，由于架脚前浮矸导致移架滞后，移架后煤壁继续劈帮，给顶板控制带来了困难，形成恶性循环，严重时就会冒顶。

（3）底板：直接底为粘土岩，遇水成泥状，支架很难达到初撑力，不利于顶板控制。如果支架伸足劲达到初撑力，就会造成架脚下扎且压推移大杆，致使溜子顶不动，从而移架更加滞后，也不利于顶板控制。在顶板破碎掉矸严重导致支架顶梁接顶不实，采面倾斜角度大，或溜子“上窜下跳”等条件下，支架最容易倾倒、倒架。

以上情况使工作面很难摆脱支撑压力影响，造成工作面1个月内无法向前推进，严重影响了推进速度，更不利于安全生产，且增加了职工的劳动强度，降低了工作效率。

5、E12101工作面回采经验探讨

5.1E12101工作面回采过程中采取的措施

5.1.1预留底煤

由于煤层底板松软、遇水泥化，因此在工作面回采过程中留0.2m厚的底煤，来增强“底板”抗压强度，使支架达到了初撑力，有利于顶板控制，并解决了底板泥化带来的顶溜、移架的困难。

5.1.2应对顶板破碎

追机带压移架、超前移架。追机带压移架距离控制在距机组滚筒5-10组支架，否则停机等待，且移架时严禁大降支架，以支架能移动为准；超前移架即顶溜后如果断面距过大及时移架护顶。严格支架操作，要用好抬脚顶和平衡顶，抬脚困难时用单体液压支柱抬脚，平衡顶以调平顶梁为准，不能错茬；及时伸出伸缩梁、护帮板；支架初撑力不低于24Mpa；严格控制采面高度及直率，保证正规循环作业。

5.1.3液冲锚杆的使用

由于E12101工作面顶板破碎和煤壁容易片帮，对正常回采影响很大。通过安装液冲锚杆来控制煤壁和顶板，效果显著，有效控制了煤壁片帮，较好的控制了顶板冒落的矸石，保证了工作面的正常回采。

通过在E12101工作面的使用研究，液冲锚杆垂直打设在煤壁上，效果不大，最理想状态为打设上、下两排液冲锚杆，间距0.5米，上排锚杆距顶板0.4米，向上角度20-22度，可直接穿入顶板；第二排距顶板0.9米，两排锚杆错位打设。随工作面回采推进，及时在顶板破碎区、煤壁片帮区和两巷超前区域打设锚杆，视情况适当加密。在工作面周期来压前，提前打设液冲锚杆，能更有效地控制顶板和煤壁。

5.1.4抬脚垫料及处理倒架技术

为克服底板松软造成的架脚下扎、压推移杆、抬脚困难且支架达不到初撑力等情况，采取在本组支架顶梁上打设两棵3.15米单体柱，柱底稳在相邻两组支架的架脚柱窝上，支架工远方操控，人员避开单体柱弹射范围，实现降架抬脚，在架脚下垫1.2×0.24×0.22米方木来增强底板抗压。解决了移架、顶溜难题，做到了及时有效控制顶板。

支架倒架后，在操控侧护板、底调、抬脚效果不好的情况下，采用相同的方法使支架降架抬脚，移支架时调向、调架间隙，顺序调架和间隔调架交替操作，能够及时处理倒架。

5.1.5控水措施

工作面水源主要来自采空区水、采煤机喷雾水、液压支架的“跑、冒、滴、漏”水、刮板输送机冷却水。E12101工作面在控制水方面采取了如下措施：

一是排水，在工作面最低处挖水窝，利用水泵将工作面水排出，顶一次溜子挖一次水窝，及时排水。

二是改造采煤机喷水雾化装置，将喷嘴改成旋转小直径多孔喷头，改善了雾化效果，减少了用水量。

三是将支架整体供液改为分段供液，有利于在不停机的情况下，及时关闭某段支架阀门更换密封、管路，减少了因支架“跑、冒、滴、漏”造成的工作面积水现象。

四是将刮板输送机冷却水外引到排水管路。

5.2首采面E12101回采的“三新”式管理

“三新”是指新管理办法、新装备、新技术。E12101工作面通过立足“三新”抓管理，科学地采用新技术、新装备，规范员工操作行为，提高了员工操作和理论水平，确保了安全生产和效益最大化。

5.2.1新管理

自进入E12101工作面以来，由于地质条件较差，作业环境恶劣，劳动强度大，员工积极性受到极大影响，情绪低落，工作效率低，生产局面非常被动。在这种情况下，全队干部职工不畏困难，统一思想，加强工作面质量管控，安全第一，质量先行，稳扎稳打，制定出台了“六个严禁”管理办法、“加强液压系统管理考核办法”、“班组班后质量评估”和配套的“经济政策”，规范了员工操作行为及现场班长管理责任，使员工思想观念有了转变，积极性明显提高。

工作面回采初期，为了抢进度，减小顶板压力，工作面机头、机尾支架超前，中部支架滞后，造成压力集中在滞后的支架上，致使工作面切顶、煤壁向前劈帮严重，无法控制顶板，经过研究和详细论证，及时出台了“六个严禁”考核办法。

①严禁降低支架高度；

②严禁空顶作业；

③严禁不按规定上漂下刹溜子；

④严禁拉支架不抬架脚，造成埋压推移大杆顶不动溜子；

⑤严禁溜子中段滞后出弯；

⑥严禁支架踏板及架脚前有浮煤、浮矸。

通过“六个严禁”等管理办法的出台及现场落实，扭转了生产被动局面，安全有了保证。工作面的“三直、一平、两畅通”做到了动态达标，产量也达到了作业规程要求。

5.2.2新装备

工作面使用液冲锚杆有效的控制了煤壁及顶板；将机组滑靴更换为耐磨滑靴，克服了工作面下山回采对滑靴的磨损，降低了成本；通过邻架抬脚、垫木料能及时的摆脱过断层期间打底造成的移架、顶溜困难，并且能及时处理倒架，保证了正常生产。

5.2.3新技术

工作面通过预留底煤、控制水及使用液冲锚杆克服了顶、底板带来的困难。

并且制作简易坡度测量器，严格控制采煤机下刹角度，保证了工作面高度。避免了由于下刹角度过大造成的破底，下刹角度过小造成的降低工作面高度，导致压支架或机组不能通过等困难；避免了“一漂一刹”造成的顶溜困难。

E12101工作面两巷高差达到20米，溜子“上窜下跳”速度非常快，受顶、底板的影响很容易造成倒架。工作面采取“提前加刀，缓慢加刀”，将超前量控制在高差的1/2到2/3之间，及时有效地控制了刮板输送机与转载机的搭接，避免了由于溜子“上窜下跳”造成的倒架。

5.3工作面设计及设备选型探讨

根据E12101工作面长度设计及所使用的设备运转情况来看，工作面长、采煤机截深大、支架笨重也是影响生产的主要原因。1煤层工作面长度不应过大，控制在100米左右较为合适，适用于轻架型支撑式支架、小截深采煤机回采，能更好地加快工作面推进速度，减小压力影响。

6、结束语

E12101工作面在吸取该矿区1406等一号煤层工作面回采失败教训的基础上，立足“三新”抓管理，从技术层面潜心研究，管理方面自主创新，严格要求，以工作面安全质量标准化动态达标为前提，稳扎稳打，克服了回采中遇到的各种困难，首次试采成功。该工作面回采过程中总结的教训和积累的经验均有在今后回采类似煤层时借鉴和推广的实用价值。

参考文献

[1]徐永圻.采矿学，2003.01

[2]曹胜根.采场围岩整体力学模型及应用研究[J].岩石力学与工程学报，1999.06.

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[5]刘长友，钱鸣高，曹胜根，缪协兴.采场直接顶对支架与围岩关系的影响机制[J].煤炭学报，1997.05.

作者简介

房峥翔，男，汉族，1981年11月3日生，山西大同广灵人，毕业于中国矿业大学采矿工程系，采煤助理工程师，现任开滦（集团）蔚州矿业公司北阳庄矿综采一队技术副队长。