大采高一次采全厚的应用实践研究

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【摘 要】大采高一次采全厚开采工艺由于煤层整层开采，因此具有资源回收率高，工作效率稳定可靠等特点。某矿7#煤层平均厚度为4.5m，顶板条件和通风条件适用于长壁大采高一次采全高开采，计算分析后决定采用ZY8800/25.5/55型两柱掩护式液压支架，并确定了其他综采配套设施。文中简要介绍了大采高一次采全厚回采工艺以及大采高工作面工程质量控制工程。自该矿采用大采高一次采全厚回采工艺以来，取得了一系列重要成果。

【关键词】大采高一次采全厚；回采工艺；综采工作面；支架选型；质量控制

1 概况

某矿设计年产量为300万t，开采7#煤层，煤平均厚度为4.5m，平均倾角为4°，为近水平煤层。2550工作面采用刀把式布置，伪顶厚度为0～0.5m，为灰质泥岩，直接顶为4.5～5.2m的粉砂岩，老顶为6.0～8.7m的中砂岩，顶板条件较好，瓦斯浓度不高，无煤尘爆炸危险，适合于长壁工作面开采，因此决定在该工作采用长壁大采高一次采全高开采工艺。

2 大采高工作面液压支架选型确定

2.1 支架最大支撑高度的确定

最大支撑高度M=m+S1。

其中：m为综采工作面最大开采高度，取5.0m，S1为支架富余系数，300mm。

因此M=5.0+0.3=5.3m。

2.2 支架最小支撑高度的确定

根据煤层厚度，考虑双伸缩可实现的伸缩比，并尽可能降低运输尺寸，支架最低高度选2.55m。

2.3 支架支护强度的确定

支架支护强度按岩重法计算，其计算公式如下：

PH=NMγ

式中：PH为液压支架设计支护强度，t/m2；

N为支架载荷相当采高岩重的倍数，取N=6～8；

M为采高，取5.2m；

γ为顶板岩石密度，取2.4t/m3。

PH=NMγ=（6～8）×5.2×2.4=74～99t/m2

则支架支护强度计算值为：0.74～0.99MPa。

2.4 工作面支架架型的确定

根据以上计算，工作面掩护式支架参数确定如下：

支撑高度2.55～5.5m，支护强度大于0.99MPa。最终选用ZY8800/25.5/55型两柱掩护式液压支架，可以满足回采面支护要求。

大采高综采工作面其他主要配套设备有：MG650/1630-GWD双滚筒采煤机、SGZ1000/2×700可弯曲刮板输送机等。运输巷配置SZZ1000/375桥式转载机、PCM315破碎机和DSJ120/2×500胶带输送机。液压设备动力采用BRW400/31.5型乳化液泵，防尘采用BPW516/13.2型喷雾泵。为提高工作面供电质量，降低启动和正常电压损失，对单机功率较大的采煤机和输送机等主要设备，采用3.3kV供电，其余设备采用1140V供电。

3 回采工艺及系统设计

（1）采煤工艺确定。2550工作面采用走向长壁一次采全高综合机械化采煤，全部垮落法管理顶板，“三八”制追机作业劳动组织形式，交叉班检修，正规循环作业，日循环次数10次，循环率0.85。采煤工艺流程：进刀割煤―装煤―运煤―移架放顶―推溜。

（2）辅助安全生产系统应用。在通风、运输等辅助生产系统设计时充分考虑了1.2～1.3倍的富余能力，并运用国内先进的技术设备。辅助运输系统使用了WCQ-3型无轨胶轮车，实现了无轨化，工作面配风量达到2500m3/min，环节上转载机、运输皮带能力均大于工作面生产能力，实践证明是非常必要的，也大大促进了正规循环作业，减少生产事故发生；瓦斯监控、顶板监测、生产动态监控等安全生产管理系统与工作面安装同时进行，同时达标，同时运行，做到了完好可靠，保证了正常安全生产。

4 大采高工作面工程质量控制

工程质量控制是大采高一次采全厚开采工艺中组织的难点，内容包括以下几个方面：

（1）顶板控制。由于大采高开采矿压显现较为剧烈，顶板冒顶、漏顶现象较多，因此顶板控制较为困难，有必要采取加强措施。①加强煤帮防护，以保证液压支架的支撑效率，具体做法为：当超前支架收回、采煤机通过破碎顶板区域时，保留一级护帮板继续防护煤帮，只撤回二、三级护帮板；当通过此区域后，二、三级护帮板接着防护煤帮；②确保在顶板破碎区不调整支架，不二次拉架，以防止支架倾倒，待通过该区域后再调整支架；③加强超前预控，重点预测工作面来压和合理安排护顶工作，要求工作人员密切关注液压支架工作阻力情况，当液压表显示超过30MPa，可基本确定工作局部来压，此时应立即采取相应措施；④加强现场管控，确保电气设施正常运行和护顶工作执行到位；⑤顶板保护，漏顶处理。割煤时根据煤层厚度情况，尽量留设200～300mm顶煤，便于护顶。调整工作面底板时，严禁大卧，防止截割深度大，致使梁端距过大，造成漏顶。割煤时发现工作面来压，顶煤留不住，随滚筒割煤开始有漏矸趋势时，立即减少成组收护帮板架数，检查煤机前方若有因片帮可拉超前支架的地方，及时拉出。漏顶时，放慢割煤速度，割一架拉一架，割煤速度取决于拉架速度。当工作面局部压力大，漏顶、片帮严重时，必须采取局部连续加刀等快速推进方式，直到顶板护住之后，再调整工作面。

（2）底板控制。沿底回采，底板起伏变化时做好平缓过渡。割煤过程中，每10架降滚筒探测一次底煤，实时掌握底板情况。采高控制，技术员根据地质预测预报，及时了解工作面煤层厚度变化情况，并向各带班队长、班组传达，提前掌握情况。在工作面每隔10架悬挂一根采高棒，采煤技术员每天对其校对，保证读数准确无误。带班队长、煤机司机要及时观察架后垮落煤量，并坚持每班至少探一次底煤（探底间距为10架），以此掌握和控制顶底煤留设厚度。煤机司机通过观察采高和顶底煤厚度，根据摇臂升降刻度仪，精确控制采高。煤壁片帮大都留下伞檐，当工作面无压时，尽量不超前拉架，否则支架拉入伞檐造成采高降低。

（3）片帮及大块煤控制。要求控制好收打护帮板操作行为，工作面煤壁片帮控制手段主要使用支架护帮板，工作面来压时，必须严格控制成组收护帮板架数，做到“少收、勤收、及时打”，必要时指定专人超前煤机顶滚筒2架，逐架手动收护帮板。片帮的能量源头来自于顶板压力，因此必须加强护顶工作，来压期间必须保证支架初撑力达到要求。顶滚筒司机割煤时，要密切注意观察滚筒附近的煤壁活动情况，发现煤壁有裂隙，大块煤可能片落时，减缓煤机速度，尽量用滚筒将大块煤破碎，并提前将护帮板打成约45°角，使大块片帮煤落入溜槽，防止片到溜槽外。要防范大块煤在溜槽内堵塞运输机，造成运输机过载压死。

（4）两端头控制，大采高综采工作面两端头控制的要点主要有上下出口安全距离控制，运输机机头、机尾起桥和防止机头哑铃销推断。

5 结语

该矿采用大采高一次采全高回采工艺以来，取得了以下重要成果：

（1）提高了回采工作面资源回收率，克服了煤炭回收率低，资源浪费严重的现象。

（2）改善了回采工作面工作条件和工作环境，工作面通风断面和工人工作空间得到了扩展，通风能力得到了提高，对避免工作面瓦斯积聚起到了一定的作用。

（3）液压支架直接支护煤层顶板，避免了工作面架前漏顶现象。

（4）有利于提高煤质及防止采空区煤炭自燃和瓦斯积聚。

（5）提高工作面系统的可靠性，简化运输系统，保证工作面设备正常运转。

参考文献：

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