（淮南矿业集团新庄孜煤矿，安徽 淮南 232072）

大倾角大采高“三软”煤层综采面安全高效开采技术

邵洪杰

（淮南矿业集团新庄孜煤矿，安徽 淮南 232072）

新庄孜矿66207综采面属大倾角大采高“三软”煤层，地质条件复杂，顶板围岩破碎。通过采用优化风巷设计、实施强制放顶技术加强顶板管理；优化设备选型；强化煤层注水；推广铺网工艺；调整回采面长等综合技术管理手段，工作面得以安全高效回采，为类似条件下的综采工作面开采提供了技术支撑，具有重要的指导意义。

支架选型；“三机”配套；煤层注水；铺网回采

66207综采工作面是新庄孜矿建矿以来六采区首个B7a煤层的综采工作面，与上覆的66208工作面层间距8～15m，平均10m，回采间隔时间9个月，被淮南矿业集团列入《大倾角大采高“三软”突出煤层综采面围岩（煤）控制技术研究》的重要科研项目之一。该工作面回采的成功与否，对新庄孜矿生产格局、采场布置的优化及矿井的安全高效开采均有较为深远的指导意义。

1 工作面概况

1.1 工作面布置

66207工作面“刀把”布置，短面斜长85m，可采走向长度130m，长面斜长133m，可采走向长度390m；B7a顶 煤 厚2.2～4.8/2.7m，B7a底 煤 厚0.7～1.7/1.0m， 夹 矸 厚 0～1.7/1.3m； 倾角26～32°/28°；直接顶为砂质泥岩，厚2.3～8.2/6.5m；直接底为粉砂岩，厚3～10/6m。工作面顶底板岩性及与上覆煤层的层位关系如图1所示。

1.2 邻近采动关系

66207工作面位于66208采空区下部，位于未稳定采空区下方。66207工作面上阶段66107工作面于2012年3月收作，上覆66208工作面、下伏B6煤层一阶段（-600～700m）66106工作面已采毕。

1.3 地质构造特征

该工作面南北分别靠近F6、F5-3断层，构造应力较集中，受其影响局部煤岩层产状变化较大，小构造发育，根据周边资料分析，在回采过程中将过Fe、Fj断层。

1.4 水文地质

工作面采掘期间主要充水因素为：顶板砂岩裂隙水、上阶段66107采空区积水、上覆66208采空区积水及钻孔水，预计正常涌水量为2m3/h，最大涌水量为5m3/h。

1.5 其它情况

B7a煤层为突出煤层，该块段处于突出危险区，但施工段全部处在B8煤层开采保护范围内。B7a煤层有爆炸性和自燃发火危险，煤层自燃发火期3～6个月。煤尘具有爆炸危险性；原始岩温在23℃左右。如图1所示。

2安全高效开采技术

2.1 开采设计优化

2.1.1 风巷设计

66207工作面风巷内错10米布置在66208工作面卸压区内，面长控制在130米左右，避开8槽阶段煤柱形成的应力集中区。已回采的上阶段66107炮采工作面两巷均采用U型棚支护，回采期间压力大，巷道变形十分严重，尤其是风巷回采过程中由修护区重新刷架管理。因此，66207工作面两巷掘进顶板采用锚网索支护（5-5-5布置），其中普通锚索和中空注浆锚索按排间隔布置；高帮采用2道走向锚索梁，锚索采用中空注浆锚索。

通过顶底板位移监测，风巷掘出3～11天内，顶底板还尚处于变形剧烈期的尾段，变形速度平均高达10mm/d左右，其中顶板下沉比底鼓量更为厉害；在掘出11～16天内，变形速度渐渐放缓，从第16天至观测结束，平均速度更是降到了2mm/d以下；巷道掘出23天后，巷道顶底板位移达到稳定（如图2所示）。回采期间，两巷变形量不大，能满足两巷通风、行人、运料、出煤等要求。

图1 煤层综合柱状图

2.1.2 面长调整

66207工作面受倾角、地质构造等条件影响，导致斜长不等，为了避免工作面不等长导致人工刷帮辅助作业而制约综采工作面安全高效生产的缺陷，风巷在设计过程中，施工方位先由原来的318.5°优化调整为316.5°，后根据地质情况的变化进一步优化，方位又调整为318.5°，经过两次优化调整后，工作面倾斜基本等长，杜绝了人工刷帮，为工作面充分发挥高产高效提供了有力保障。

表1 液压支架技术参数表

表2 采煤机技术参数表

表3 第一组爆破参数表

图2 风巷顶底板移近量变化曲线

2.2 设备选型配套

2.2.1 液压支架优化选型

66207工作面使用的ZZ7200/22/45型液压支架是由集团公司专项设计的适应于大倾角破碎顶板松软煤层开采的新型支架，该支架主要特点是选用了加长整体顶梁、高强侧护板和两级护帮，其技术参数如表1所示。

相比我矿以往大采高工作面所选ZZ6400/22/45型及ZZ6400/21/42型等液压支架，ZZ7200/22/45型液压支架主要优点突出在以下几个方面：

①立柱缸径加粗，改为φ280mm，工作阻力提高至7200kN，实际工作阻力达8800kN；且支架支撑重心前移，改变了顶板应力分布，更有利于支护煤帮顶板。

②采用两级护帮板结构，一级护帮长度1100mm，二级护帮长度为700mm，两级都是液压控制，增加了护帮面积。

③伸缩梁千斤顶行程由800mm变为1000mm，相应的顶梁前端加长200mm，加大了控顶距；而且伸缩梁和顶梁前端倒圆角设计便于过顶网。

④调架千斤顶液压管路中设计液压锁，并与推移联锁，拉架时自动收回；延长底座后部边主筋，使移架一个步距时，调底千斤顶与临架底座仍能有效支撑。

⑤利用整体长推杆结构，并通过加大侧护板千斤顶缸径、加大调底座千斤顶缸径，有效解决大倾角综采工作面支架和刮板输送机防倒防滑问题。

⑥采用整体长推杆结构，推溜力/移架力由713/396kN增加到802/445kN，确保推杆的可靠性，充分发挥了推移千斤顶的能力，提高了带压擦顶移架能力。

⑦中间架采用整体顶梁带内伸缩梁，增加整体顶梁前部宽度，减小侧护板伸出时相邻支架顶梁前部的间隙，增加顶梁对顶板的覆盖率，减少架间漏矸。过渡支架为铰接顶梁，顶梁适当加长，满足机头、机尾及时支护的需要。

⑧支架液压系统的控制采用联锁控制，前立柱与抬底座千斤顶的联锁控制、推移千斤顶与调底座千斤顶的联锁控制、推移千斤顶与伸缩梁千斤顶的联锁控制、推移千斤顶与顶梁（掩护梁）侧推千斤顶的联锁控制，有效避免了误操作对支架等设备损坏和人身安全事故的发生。

2.2.2 采煤机优化选型

工作面配套MG500/1130-WD型采煤机和SGZ800/1050型链板机，跟B7a直接顶回采，全部垮落法管理顶板。采煤机截深0.6m，减少开帮距可减轻割煤对煤壁的破坏程度，有利于防止片帮抽顶，达到浅截深多循环的目的；并配合液压支架1m伸缩梁步距和链板机0.8m推移步距，可有效避免铺顶网时煤机滚筒割煤期间搅网的现象。采煤机参数如表2所示。

2.3 顶板管控技术

2.3.1 强制放顶技术的实施

2.3.1.1 厚层坚硬顶板的影响

从岩性综合柱状图可以看出，B8煤层上方11.3m存在一层厚度11m的中粗砂岩，岩体含有石英，具有强度高、节理裂隙不发育，且整体性好、自稳能力强的特点，对上方岩层活动起着主要控制作用，判定为66208工作面开采的关键层。

66208工作面回采过程中，直接顶冒落充分，冒落的高度可充满采空区，但对工作面来压步距以及大小起着决定作用的是关键层破断规律，如果关键层大面积不断裂，将会给工作面安全生产带来隐患。同时，由于B7a煤与B8煤间距仅9m左右，与11m厚度的中粗砂岩间距20m，从顶板岩性及层厚来看，该层也是66207工作面开采的关键层。因此，对该层进行强制放顶措施不仅可以避免66208工作面回采期间大面积来压，同时也可以减缓66207工作面开采时的矿压显现。

表4 第二～十组爆破参数表

图3 第一组炮眼布置图

图4 第二～十组炮眼布置图

2.3.1.2 强制放顶方案的确定

经科研院校和集团公司组成的学科研小组理论分析，比较多个工作面强制放顶深孔预裂爆破方案，确定爆破参数。第一组爆破在风巷和顺槽同步进行，风巷强制放顶孔距离上提切眼14m，与短面切眼平距145m，顺槽强制放顶孔距离短面切眼平距138m，切顶爆破参数和炮眼布置分别见表3和图3所示。

第二组到第十组仅在顺槽进行，相距30～50m，各组爆破参数相同，见表4，炮眼布置如图4所示。

2.3.1.3 强制放顶效果评价

66208工作面采取预裂爆破强制放顶措施后，周期来压步距缩小，矿压显现减弱，同时对66207工作面来压显现也有着一定的影响。根据66207工作面回采过程中矿压监测数据分析来看，周期来压步距在18～21m左右，同66107综采面相比，周期来压步距增大10m左右，矿压显现减弱，回采至今没有发生过大面积来压等异常现象。

3月15日～21日工作面（此段回采范围为第四组至第六组深孔预裂爆破范围）压力监测结果来看，支架受力基本在26～28MPa之间，3月19日夜班工作面整体周期来压，来压最大强度为32.5MPa，来压时间较短，支架工作阻力能够适应来压期间的支撑需要，且具有一定的富余系数。

2.3.2 强化煤层注水

类土质煤通过煤层注水使煤体得到湿润，可以改变煤体的物理力学性质，使其延性增加，脆性降低并向塑性转化，增加了粘结性和抗剪切力，起到固结煤壁，减少片帮的作用。我矿在总结以往回采的其他采煤工作面注水成功经验的基础上，针对66207工作面煤层赋存特点，改进完善注水工艺，采取两巷深孔低压结合工作面浅孔低压方式提高注水效果。

（1）两巷利用钻机每隔5～6m施工1个顺层钻孔，孔深80～90m，全程下套管，超前工作面煤壁不少于30m根据煤体出水情况实行24小时循环注水，三班落实责任人严格执行交接班，注水压力控制在3～5MPa，工作面采距钻孔2m时停止注水。

（2）工作面上出口向下5m至下出口向上5m范围内，使用ZQ5—65型气动手持式钻机打眼，钻孔垂直于工作面煤壁施工（或略带2°～4°水平角），开孔位置距顶板0.5～1.0m处的软分层中，孔深6～8m，注水孔间距3m（每3个孔为1组同时注水），采用FKSS—71/5型水力膨胀封孔器，自动实现封孔，注水压力控制在1～3MPa之间。工作面浅孔注水主要利用检修时间分5个茬同时注水，单孔注水时间原则上不得少于45分钟，或者发现水由煤壁或相邻注水孔中流出及注水期间煤壁片帮严重时即可停止注水，中班割完煤后根据现场煤壁情况适当补孔注水。煤壁浅孔注水采用错茬式布置，每天注水眼沿倾斜方向错开1～2m，煤壁片帮处先架棚背帮维护后再进行注水。

2.3.3 推广铺网工艺，控制顶帮抽冒

66207工作面回采期间采取全工作面超前铺设金属网的施工工艺，同时引进手摇绞盘配合铺网作业，弥补了以前采用手拉葫芦效率低、劳动强度大等诸多缺点；并根据每班回采进尺情况优化改进金属网尺寸，确定了较为合理的尺寸，实现了一班只需联一次网的目的，大大提高了铺网的效率。并通过进一步优化铺网施工工序，安排早班检修期间为中班超前把金属网联齐，中班割煤结束后为夜班超前联网提前准备生产条件，夜班割煤不占用检修时间，给综机设备的检维修和早班注水创造条件，实现了班与班互相准备条件的良性循环，为工作面的高产高效发挥了积极作用。

铺金属网回采的主要优点有以下几点：

（1）有利于顶板管理。采取全工作面铺设金属网回采，使工作面顶板形成较好的整体性，即使顶板破碎，也能有效避免因顶板漏矸造成抽冒事故；

（2）有效预防片帮和架间漏矸。采取全工作面铺设金属网配合支架护帮板，能实现工作面全封闭式管理，尤其是对煤壁能有效控制，局部有片帮预兆时，采取铺设金属网配合架头夹料这一有效措施，能有效控制割煤、移架期间煤壁的片帮及架间漏矸。

（3）有效的防止飞矸飞炭及片帮伤人。采取全工作面超前铺设金属网回采，金属网始终超前联至运输机老塘侧，金属网由于自重原因始终覆盖在运输机上，形不成飞矸飞炭的空间，同时人员站在支架立柱与运输机之间联网，夹料在煤壁的网外作业，从根本上杜绝了大倾角综采工作面飞矸飞炭及片帮伤人的发生。

结语

截止4月30日， 66207综采工作面共回采365m。工作面先后过2个地质异常区和2个底空石门，并进行了大小面对接和出煤系统改造，回采期间未出现大面积片帮和严重掉顶现象，局部有片帮预兆时立即采取铺双层网和对煤壁超前夹料的措施，就能控制片帮掉顶，从而消除了人员进入煤壁接顶这一重大安全隐患，并实现平均日退尺4.35m，平均月产83353t，最高日退尺7.2m，最高月退尺120m、最高月产100530t，做到了大倾角大采高三软煤层复杂难采工作面相对的安全高效开采。对我矿乃至两淮矿区今后类似地质条件下的综采面安全高效开采均有着深远的指导意义。

[1]袁亮著，深井巷道围岩控制理论及淮南矿区工程实践[M]．煤炭工业出版社，2006．9．

[2]宋振骐著，实用矿山压力控制[M]．中国矿业大学出版社，1988．

[3]钱鸣高，石平五编，矿山压力与岩层控制[M]．中国矿业大学出版社，2003．11．

[4]何满潮、袁和生、靖洪文、王方荣、景海河等著，中国煤矿锚杆支护理论与实践[M]．科学出版社，2004．4．

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