候继东

（山西灵石县煤炭工业局，山西 灵石 031200）

引言

兴发煤矿10号煤层现回采工艺为高档普采，部分矿井尝试采用综采一次采全高（4.5 m左右）工艺。高档普采因受其工艺限制，资源的浪费比较严重；综采一次采全高虽然比高档工艺先进，能减少资源的浪费[1]，但作者认为对于总厚5.6 m的煤层来说，此工艺的适应性还需进一步研究和探讨。

经过专家多次论证，兴发煤矿采用了综采放顶煤工艺对10号煤进行回采。下面就综采放顶煤工艺在兴发煤矿的实践、探索做以下整理，以期能为本地区条件相似煤层的开采提供有益的经验和参考。

1 煤层赋存概况

井田构造形态基本为宽缓的褶曲构造为主，北部为轴向北东—南西的向斜构造(S3)，枢纽向西仰起。井田中部为轴向北东—南东的背斜构造(S4)，枢纽向北西倾伏。在10号煤上覆9号煤层井巷开拓、回采中未发现断裂构造现象，但揭露16个小陷落柱。平面形状均为近圆或似椭圆形，规模不大，长轴30 m左右，短轴25 m左右。井田构造复杂程度为简单构造。

10号煤位于太原组下段中部。顶板为砂质泥岩，节理裂隙发育，具水平层理，属不稳定—较稳定型顶板；底板为泥岩或砂质泥岩，节理裂隙不发育，属不稳定—较稳定型底板。

10号煤层厚度平均5.6 m，自上而下的结构为煤（1.2 m）、矸（0.8 m）、煤（4.6 m），倾角0~13°，平均7°。此煤层分布广泛，埋藏较深，保存良好，厚度变化不大，是稳定可采的厚煤层。

2 综采放顶煤工作面采煤方法

根据煤层赋存条件、开采技术条件、地面保护要求、采掘运装备水平和有关要求，以及提高单产、效率、回采率、生产安全、经济效益等因素，经综合技术经济比较确定10号煤采用综采放顶煤开采。

工作面设备选用：采煤机选用MG180/420-WDK型电牵引采煤机。该采煤机最大采高3.2 m，截深0.6 m；液压支架选用ZF4400/17/27型液压支架，支架的重量13 900 kg，工作阻力为4 400 kN，支架中心距为1.5 m，支护高度为1.7 m~2.7 m,支护初撑力为3 960 kN[2]；工作面的刮板输送机、转载机、破碎机根据工作面的生产能力分别选用SGZ-630/264型前刮板输送机、SGZ-764/500型后刮板输送机、SZZ-730/160型转载机、PLM-1000型破碎机。

101工作面巷道布置：为一进（101机轨合一巷）一回（101回风巷）布置，101机轨合一巷担负原煤运输、材料运输的任务和进风的任务，101回风巷担负回风任务。

综放工艺流程为：煤机机尾斜切进刀—→下行割顶—→伸出支架前探梁—→煤机至机头落滚筒割底—→上行割底—→移架—→推溜—→放煤—→拉后溜。

101工作面参数：设计采高2.2~2.5 m，放顶煤3.1~3.4 m，采放比为1:1.4；放煤工艺为一采一放、分段顺序放煤；放煤标准为放煤口见1/2~2/3矸石停止放煤；煤机进刀方式为端头斜切进刀；割煤方式为下行割顶上行割底往返一刀；采用走向长壁布置，全部跨落法管理顶板。

101工作面采用后退式开采，工作面长度为160 m，走向长度为680 m，工作面采用一进一回“U”型通风方式，单产最高可达0.4万t/日，因矿井生产能力核定限制，工作面实际年产量为56万t，实现了矿井的高产高效。

3 综采放顶煤工艺特点

1）工作面顺槽沿煤层底板布置，采用锚网、锚杆、钢带、锚索联合支护，矿压显现比较明显的巷道区段另架棚加强支护取得了很好的支护效果，使巷道的维护量大大减少，且为综放工作面的高产高效提供了安全保障。

2）与一般的综采工艺相比：第一，移完架后推前溜子至煤壁，放煤后再拉移后溜到支架后尾梁下的位置。第二，移完溜后多了放顶煤这一工序。放顶煤为综放工艺的关键工序，一般要根据架型、放煤口位置及尺寸、顶煤厚度及破碎情况合理确定放顶煤的步距及作业方式。101面的放煤工艺为一采一放、分段顺序放煤。第三，移架到位后，放煤前要反复升降后尾梁几次，以达到把后尾梁上方较大的煤块挤碎的目的，有利于下一步的放煤作业。第四，利用调斜技术和推移顺序来控制前、后溜子的下滑、上窜。

3）机头机尾各保留3架不放顶煤，这样能保证上下出口的顶板完整，并有利于顶板的维护。

4）考虑转载设备和皮带运输设备的运载能力及安全，一般割煤和放煤不同时进行，而是先割煤再放煤，有序分时段进行。

5）放煤控制在综放工艺中尤其重要，首先是回采率的保证，其次是煤质的保证。根据现行进行各个程度的实验和测算，最终确定一个回采率和煤质的最佳平衡点。

6）采空区防灭火是综放工艺的重中之重。采空区因放煤不净残留有松散的煤炭，如不进行细致认真的通防管理，极易发生自燃事故。轻则影响生产，重则能造成工作面封闭等重大财产损失。综放工作面必须具备两种以上的防灭火措施[3]，101综放面具备黄泥注浆防灭火系统和阻化剂防灭火系统。

7）综放面的煤层层位管理工作十分重要，是实现高产高效高回收的重要前提。为了更准确地掌握工作面顶部及底板煤岩层的分布情况，每周组织相关技术人员对其进行探测，并画出煤层层位柱状图用于指导各作业班组的层位控制，确保层位合理的常态化。

4 工作面顶板管理

综采放顶煤工作面沿底板回采，所以工作面的直接顶板就是顶煤，如果顶煤破碎，则可能会造成漏顶、冒顶，进而造成歪架、倒架事故的发生，严重影响安全和生产。造成顶板破碎的原因有以下几种：第一，支架初撑力不足。原因也是多方面的，如液压供液系统故障、系统调压不足、支架液压系统出现窜液、漏液现象，管路损耗，或者工人操作升柱手把供液时间短等原因导致支架达不到应有初撑力，无法实现支架对顶板的有效支撑，进而造成顶板破碎[4]。第二，支架接顶状况不良。由于采煤机滚筒的割煤精度问题，致使被割后的顶板不平整，进而造成支架接顶不良、受力不均，不能使顶板得到及时有效的支护。第三，周期来压。周期来压期间，顶板所承受的压力骤增，超过煤体的承载极限就会发生破碎。第四，遇有地质构造如断层、陷落柱等。第五，上覆煤层采空区应力影响。上覆煤层采空区的保护煤柱会产生应力集中区，进而传递到顶板煤层，造成煤体破碎。

针对以上原因，对顶板管理采取增加支架的初撑力，生产过程中二次补液，提高煤机手精细操作，保证支架的接顶质量，遇到地质构造及时地采取相应的措施，从而使工作面顶板支护达到最佳状态。

5 存在的问题

101综放工作面是本矿区第一个综放工作面，对于综放工艺有一个不断摸索、实践的过程，要真正实现综放工作面高产高效还需要解决以下几个问题：

1）放顶煤开采技术因煤质因素一般无法把顶煤彻底放净，这样一是造成回采率相对低（与分层开采比），二是采空区内遗留有没放净的松散煤炭，容易出现采空区煤炭自燃，给安全生产造成很大影响。

2）后溜位置易发生气体积聚。因后溜位置空间有限，且支架部件对风流构成阻碍，致使风量相对不足，风流相对不畅。兴发煤矿为瓦斯矿井，经长期监测，该位置无瓦斯积聚出现。但对于高瓦斯矿井而言，理论上有积聚的可能性，还需在高瓦斯条件下进行细致认真的监测观察。

3）防尘任务量加大。本身作为综采工作面煤机割煤就会产生大量的煤尘，加之后溜的放煤也会产生大量的煤尘，对架间喷雾、放煤喷雾等工作面防尘设施提出更高的要求。

4）兴发煤矿是由传统的地方煤矿兼并技改而来的矿井，从巷道断面到辅助运输，再到通风能力都无法满足综放设备运输、综放生产通风需求。为此，兴发煤矿投入了大量的人力、物力进行了系统改造：巷道扩刷、轨道更换、绞车更新、回采巷道重新设计等才基本达到了综放设备运输、安装、生产的要求。但老系统改造只能阶段性地满足一个综放面的投放，而无法满足产能进一步提升。

5）人员素质问题。综放工艺的投入之后随之而来的是新设备、高技术设备的投入。没有专门的机电技术人才是无法维持设备长期正常运转的。前期因均为新设备，即便是维护不到位，矛盾也没凸显出来；但随着设备的持续使用，组件老化，到时维护不到位、检修不到位、使用不规范的弊端就异常明显了。严重的会使生产中断，甚至威胁到安全。

总之，对于本地区来说综采放顶煤工艺是个新鲜事物，兴发煤矿率先投入，除验证了对于均厚5.6 m的10号煤开采的可行性外，还提出一些待解决的问题与大家一起思考、探讨。兴发煤矿正尝试通过增设外围辅助工艺（如地面筛选系统）来解决提高综煤质问题、采空区自燃隐患等问题，让综放工艺更完善地展现在大家面前，更好地为本地区的煤炭开采服务。

[1] 王继仁,翟桂武.现代化煤矿生产技术[M].北京:煤炭工业出版社,2012.

[2] 姜福兴.采煤工作面顶板控制设计及其专家系统[M].北京:煤炭工业出版社,2010.

[3] 谭云亮.矿山压力与岩层控制[M].北京:煤炭工业出版社,2008.

[4] 袁亮,葛世容,黄盛初,等.煤矿总工程师技术手册[M].北京:煤炭工业出版社,2012.