7m大采高综采工作面技术创新浅析

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摘 要：在目前国内大采高一次采全高开采技术的基础上，优化了部分关键设计参数，选配了功能强大、安全性高的先进设备，使7m大采高综采工作面在提高煤炭资源回采率和生产效率方面的优势得以充分展现。在取得巨大经济效益的同时，减轻了劳动强度，提高了工效，保证了作业安全，还取得了一定的社会效益。

关键词：回采率；创新；经济效益；社会效益

神东矿区是我国最大的煤炭生产基地之一，有着得天独厚的地质条件：煤层赋存浅，煤田地质构造、煤层结构、水文、瓦斯等条件简单。使用国际一流的现代化采煤装备，创造了我国首个煤炭年产量达2亿t以上的矿区[1]。在生产和装备条件的占据优势的基础上，上湾煤矿又大力倡导和推行“科技兴安”和“科技提效”的发展战略，取得了巨大的生产效益。

1 生产地质条件简介

上湾煤矿是中国神华神东煤炭集团公司骨干矿井之一，井田面积61.758平方公里，地质储量12.15亿t，可采储量8.3亿t，矿井核定生产能力为1400万t/年。井田地质构造简单，煤层赋存稳定。煤层倾角为1～3°，含煤地层为中下侏罗统延安组。主要稳定可采煤层有3层，分别为12煤、22煤和31煤，矿井采用斜井、平硐、立井联合开拓方式布置。自2003年以来，上湾煤矿一直致力于大采高综采开采技术的探索实践，先后回采了5个5.5m、5个6.3m和2个7m大采高综采工作面，生产技术和设备配套不断创新发展，使得大采高综采工作面的生产优势得以充分展现。上湾煤矿12206综采工作面是上湾煤矿第一个7m大采高综采工作面，也是国内采高最大的综采工作面之一，走向长318.7m，推进长度4231m，设计采高6.8m。采用国内郑州煤机集团生产的ZY18000/32/70双柱支撑掩护式液压支架，最大支撑高度7.0m，最小支撑高度3.2m，支架初撑力252bar，工作阻力18000kN；采煤机采用改造后的JOY 7LS7/lws630型双滚筒采煤机，最大截割高度6.8m，最小截割高度3.5m；其余设备与6.3m工作面配置相同。

2 生产技术创新效益

2.1 采面设计创新

由于采高增大，采面加长，与以往较低采高（5.5m、6.3m）的综采工作面相比，7m大采高综采工作面充分展示了它的生产优势，12206综采工作面的生产实践为实现创建年产原煤1400万t的综采工作面积累了宝贵经验。

表1 与6.3m综采工作面生产效率对比情况表

表2 煤炭采出率对比情况表

从表1、2中可以看出，与12205综采工作面同期相比，12206综采工作面的日产量提高13.3%，采用增大采高一次采全厚的生产工艺比继续延用上一工作面生产设备和工艺平均采出率提高9%。

2.2 端头过渡创新

在采用7m大采高设备之前，由于工作面采高和顺槽高度的差别，上湾煤矿综采工作面顶板与上下顺槽顶板一直采用平缓过渡方式，即提前12m缓慢降低采高使工作面顶板与顺槽顶板平缓衔接。这样致使工作面两端头的顶煤丢失量约31.5t/刀。为了有效提高回采率，7m大采高工作面两端头顶板与顺槽顶板采用垂直过渡方式，具体方式为：煤机顶滚筒一直割煤至与顺槽正帮相切，然后停止煤机牵引，直接降下顶滚筒使其上沿与顺槽顶板相切，最后继续牵引煤机将工作面与顺槽割透。如此一来，单是采用垂直过渡方式即可多采出原煤13.2万t，提高采出率1.16%。

2.3 主回撤通道设计创新

为了便于7m大采高支架的回撤，在主回撤通道断面设计上，与6.3m采高工作面相比有了明显扩展。主回撤通道宽度由以往的5600mm加宽为6500mm，高度由以往的4500mm增高为4700mm。通道顶板采用三排垛式支架配合间排距为1950mm*1000mm的φ17.8*8000mm锚索支护，与6.3m采高工作面主回撤通道相比，垛式支架由两排增加为三排，每排锚索用量由3根增加为4根。

图1 12105综采工作面主回撤通道断面支护图

以上设计既降低了7m大采高设备的回撤难度，提高了回撤效率，又解决了末采期间主回撤通道的支护难题，同时随着主回撤通道高度的增加，又提高了回采率。

2.4 挂初茬网停采位置创新

由于7m大采高液压支架的顶梁、掩护梁、四连杆和底座长度（底座为高度）与以往较小采高支架相比都有所增加，为了使工作面贯通后，支架顶部和后方能够完全被网片包围，特求得挂初茬网停采位置与主回撤通道的距离L。

L=顶梁长度+掩护梁长度+后连杆长度+剩余底座高度+梁端距

以上公式看似准确严密，然而可操作性不强。原因是支架各梁之间以铰接形式相联，不同的支撑高度，梁与梁之间外边缘有不同程度的重合或分离，理论计算结果往往与实际存在较大误差，此时需要引入一个调整常数，这样会使公式变得复杂，且标准难以统一。为此，在实际应用中，多采用平面勾勒法。用AutoCAD制图软件在郑州煤机集团提供的电子图上沿支架外边缘用多段线勾勒出一条通过支架顶梁、掩护梁、后连杆至底板的线，根据已知尺寸缩放整个电子图，多线段的长度可直接查询得出，如图2所示。

图2 ZY18000/32/70型液压支架梁外边缘勾勒示意图

勾勒法求得支架梁外边缘累计长度为13m，贯通后梁端与主回撤通道顶板锚索之间的空顶距离约为0.4m，网片搭接0.2m，由此计算出需累计铺网长度13.6m。因此，挂初茬网停采位置距主回撤通道距离为14m。

3 机电技术创新效益

3.1 支架阻力和功能增强

7m大采高综采工作面配套的ZY18000/32/70型液压支架工作阻力由6.3m支架的10800kN提升到了18000kN，工作面及两顺槽顶板维护效果较好，立柱安全阀鲜有开启，来压期间的漏顶次数和程度有了明显减少和降低，上下两顺槽超前维护区域内的巷帮稳定性较以前有了明显提高。支架护帮板分为三级，既提高了护帮板的灵活度和适应性，又增大了支护面积。除此之外，ZY18000/32/70型液压支架增设了伸缩梁和调底油缸，在控制漏顶、调整架形和处理咬架等方面提供了更加简洁有效的途径[2]。

3.2 自移式超前支护

上顺槽采用型号为ZFDC35400/27/47的爬移式型超前支架组、下顺槽采用型号为ZYDC3000/28/47的自移式超前支架进行超前支护，大大提高了生产效率，保证了正规循环率，减轻了工人劳动强度，提高了工效（回采工效平均516t/工·天），并保证了生产、作业安全。

3.3 过渡顶板防护

7m大采高综采工作面两端头顶板与顺槽顶板采用垂直过渡方式，顶板自由面增加，为了更好地掩护垂直过渡面，加大了垂直过渡处侧护板高度，并在原有设计基础上向前延伸一级，增大了掩护面积，更大程度上保证了作业安全。

3.4 设备效能提高

与6.3m采高工作面配套设备相比，7m煤机各部功率未变，仅加大了截割面积，三机功率及型号也均未发生改变。这样，在极大程度上发挥了设备效能，在采高和面长同时增加的情况下，日循环数与以往保持一致，生产效率提高11.4%。

4 结论

（1）7m大采高综采工作面采取对采面的加高加长和对回撤通道的加高加宽设计，以及两端头采用垂直过渡方式，大大提高了煤炭资源回采率，创造了比以往设计更多的经济效益。

（2）通过一系列机电技术创新，提高了工作面生产效率，减少了能耗，降低了工人劳动强度，保障了作业安全，产生了较大的经济和社会效益。

参考文献

[1] 翟桂武.神东煤炭集团千万吨矿井群技术创新与管理机制[J].内蒙古煤炭工业科学发展高层论坛论文集，2010，229-233.

[2] 余阿东，郑荻，刘玉清，冯伟，李翔龙.7m大采高液压支架的设计[J].煤矿机械，2011，32（10）：32-34.

作者简介：

赵永生（1977- ），男，内蒙古巴彦淖尔人，大学本科学历，助理工程师，现任中国神华神东煤炭集团上湾煤矿综采一队副队长。