徐小航

(阳泉集团泰安煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000)

0 引言

采煤工作面两巷沿顶板布置，提高了顶板支护强度，降低了起底难度，减少了两巷维护费用投入[1-3]。但在回采过程中出现机头机尾过渡段丢底煤比较严重，同时造成液压支架管理难度增大，设备事故率增加，带来了许多不安全因素[4-6]。为此，新大地公司15404大采高工作面对原设计的大采高回采工艺进行了优化，优化后进风巷采用巷道修复机进行起底，采煤机将回风巷割透，将过渡段和回风巷的底煤通过采煤机直接截割回收，工作面及机尾沿底板推进，机头起底后最大限度减少底煤的丢失。

1 工作面概况

1.1 地质条件及巷道布置

地质条件：15404工作面可采走向长度1 107 m，倾斜长度190 m，平均煤厚5.38 m，工业储量1 584 206 t，可采储量1 425 785 t。本工作面煤层赋存稳定，结构复杂。工作面直接顶为黑色泥岩，厚度8.18 m，性软，断口平坦状，含植物根茎化石；老顶为细砂岩，厚度7.82 m，黑灰色，薄层状，水平层理，粉粒结构，块状构造，成份以砂质为主；直接底为砂质泥岩，厚度2.8 m，性脆，断口参差状，含丰富的植物化石。根据坑透资料显示，工作面存在DF2和KTF1断层，预测DF2断层断距为0～4 m，KTF1断层断距小于1/2煤厚局部可能接近于1/2煤厚，X1、X2、X3这3个陷落柱构造，对回采有一定影响。工作面水文地质简单，水量主要来源地下水，正常涌水量为0～5 m3/h，最大涌水量为20 m3/h。

巷道布置：工作面共布置4条巷道，一条进风巷、一条回风巷、一条低位抽采巷和一条走向高抽巷，全风压通风，如图1所示。工作面进风、回风及切巷均沿煤层顶板布置，顶板采用锚索、锚杆、钢带、金属网联合支护。低位抽采巷位于15号煤层顶板上方约5 m，水平距离回风顺槽34 m，顶板采用锚索、锚杆、金属网联合支护。高抽巷沿11号煤层顶板布置，水平距离回风顺槽65 m，顶板采用锚杆、金属网联合支护。

图1 15404工作面巷道布置及生产系统示意图

1.2 设备配备及安装

工作面设备配备：采用走向长壁后退式综合机械化一次采全高的采煤方法，双滚筒采煤机落煤装煤，液压支架维护顶板，刮板输送机运煤。工作面进风顺槽端头采用ZYD12000/26/56D型端头架维护端头顶板，回风顺槽端头采用ZYG12000/27/62D型过渡架维护端头顶板；进风顺槽超前采用ZQL2×3650/32/57型超前架维护顶板；回风顺槽超前支护采用3组ZCZ10000/26/45型超前架维护顶板采用全部垮落法管理顶板和处理采空区。主要生产设备详细技术参数见表1。

表1 主要生产设备

工作面设备安装情况：工作面首次使用大采高设备，安装顺序为工作溜机头→液压支架→采煤机→转载机进风皮带→设备列车。此次使用的液压支架为ZY12000-27/62D，中心距1.75 m，现有巷道、运输设备均无法满足支架运输要求。针对此情况，液压支架解体为顶梁、立柱、小尾梁、底座4部分装车下井，然后运输至工作面回风巷。回风巷距切巷15 m左右施工支架组装站，利用组装站将支架组装完成后，再整架安装到工作面。27架以前平均每班组装1架、安装、连接1架；27架以后，安装熟练时，每班组装2架、安装、连接2架。

影响设备安装的主要因素：①工人首次接触大采高设备，对液压支架的组装、设备的安装不熟悉，工程进度较慢；②液压支架到货不及时；③工作面安装时，高抽巷和低抽巷还未贯通，导致靠近机尾30 m段工作溜(包括工作溜机尾)一直未安装。

1.3 工作面生产情况

工作面初期生产情况：2018年10月24日开始初采，由于工作面进、回风及切巷均沿顶板布置(进风巷高4.0 m，回风巷高3.6 m，切巷高4.0 m)，工作面初采后需要进行调整。工作面21～90#架沿底板推进，机头(尾)20架为过渡段，进风巷丢底煤1.4 m，坡度2.5°，回风巷丢底煤1.8 m，坡度3°。截止10月31日，工作面累计推进12 m，工作面采高均在5 m，工作面21～90#架仍掩底煤(0.4 m左右)，需要进一步进行调整并达到规程要求。11月份经过对工作面的调整，机头(尾)采高与进回风巷高度一致(机头采高4 m，机尾采高3.6 m)，21～90#架全部见顶见底(采高5.5 m)，支架状况良好，接顶严实，煤壁平整，落山全部垮落。11月份工作面进风推进54.1 m，回风推进64.1 m，平均推进59.1 m，实际产量完成82 140 t，每1 m产量1 389.8 t。此时工作面形成“类锅底”状，如图2所示。

图2 15404大采高工作面倾向剖面示意图

工作面矿压基本特点：本工作面进、回风均在实体煤中布置，回采过程中，矿压显现不明显。①初次来压。11月13日(推进度：进风30.7 m，回风29 m)，工作面从机头至机尾各站点整体压力逐步上升且14日为最大，平均值为34.2 MPa，最大峰值为42.51 MPa，并伴随有煤壁片帮，且工作面中部20架支架的安全阀开启，11月15日(推进度：进风37.9 m，回风36.2 m)后，又出现压力回落，趋于稳定。因此，可判定11月14日(推进度：进风34.3 m，回风32.6 m)为初次来压，来压步距为33.5 m;②周期来压。周期来压步距为15～20 m，周期来压期间，工作面局部出现片帮，部分支架安全阀开启。

1.4 生产过程中存在的问题

首先在工作面回采过程中，机头(尾)过渡段为减少丢底煤，坡度一般大于理论坡度，工作面支架管理存在一定难度。拉架过程中需要采取必要的调架措施，当支架重心偏离煤溜中心线0.2 m以内，采用侧护板摆架，支架歪斜角达到5°，要及时采取机械摆架针对性支架防倒措施[7-9]，防止支架出现歪斜，影响生产。另外工作面正常回采时，工作面形成“类锅底”状，机头出现割不透的情况，每天检修班需要机头开帮，人力物力投入较大。最后机头(尾)20架丢底煤严重，通过计算机头每推进1 m，丢底煤34.5 t，机尾每推进1 m，丢底煤44.5 t，工作面每推进1 m共丢底煤79 t。

2 采煤工艺优化

2.1 具体优化举措

设备及流程优化：引进试用山东存义机电设备有限公司提供的WPZ-55/900L型巷道修复机，在工作面进风顺槽转载机自移机尾至破碎机处全断面起底，起底深度0.5 m。通过延长工作溜机尾段，配合采煤机将回风巷割透，将过渡段和回风巷的底煤通过采煤机直接截割回收。

机尾三角煤区域支架适应性分析及措施：由于工作面平均采高约为5.4 m，机头(尾)采高与巷道高度持平，底煤最大厚度为1.8 m，过渡段支架稳定性不强，拉机头机尾通常采用机械摆架措施[10-12]，存在不安全因素，而且支架接顶效果不好，若遇构造，顶板破碎时，维护顶板难度增大。改进工艺后机头保证设备正常搭接使用的情况下，适度起底，在减小坡度的情况下，保证了支架的支撑效果，工作面平缓过渡，将资源损失降到最低，工作面机尾沿底板推进，支架支撑高度能满足要求，顶板控制效果较好，同时不存在机尾丢失底煤。不考虑其它因素影响，改进前工作面日割煤4刀，单班割煤2刀，改进后工作面单班割煤可达3刀，最高3.5刀。

2.2 优势分析

机尾沿底板推进回采工艺的优势：①通过延长工作溜机尾段，配合长摇臂的MG-750采煤机将回风巷割透，把过渡段和回风巷的底煤通过采煤机直接截割回收，每米比原先可多回采煤炭资源约79 t，预计共可多回收煤炭资源约7.7万t，工作面回采率达95%以上且有效降低了煤层自然发火的可能性；②工作面至机尾全部沿底板推进，解决了沿上层布置巷道的工作面过渡段顶板管控难度大的问题，且工作面机尾的平整度提高，提高了设备的平稳运行状态；③工作面沿底板推进，省去了拉机头(尾)机械摆架的工序，减少了工作量，缩短了拉机头(尾)时间，提高了工作面生产效率。

回风端头采用大采高端头支架的优势：①大采高支架控顶范围大、支护强度高，接顶效果好，支架稳定性增强，三角区域煤壁压力大幅减轻，回风端头顶板管控得到显著改善；②大采高支架操作简单，维护方便且在支架下方作业安全环境明显改善，安全系数得到显著提高。

两巷使用超前支架支护工艺优势：①工作面两巷超前采用超前架取代了进回风超前范围原有单体柱的支护方式，提高了安全生产系数并有效的降低了人员劳动强度及劳动用工；②使用超前液压支架，增加控顶面积，实现了全断面控制顶板，提高了对顶板的支撑强度，保护了顶板完整性，为过机头机尾提供了保障。

3 结语

新大地公司15404工作面采煤工艺优化成功后，大幅提高了资源的回收率，增强了支架的稳定性和控顶性能，缩短了拉机头机尾的时间，提高了工作面回采效率，实现了安全生产。与原生产工艺相比取得了更大的经济效益，优化后不仅最大程度上减少了资源的浪费，也避免了由于工作面客观条件的限制而造成不必要的设备和人身安全事故的发生，对厚煤层回采工作面进回风两巷沿顶板布置支架控制难度大，底煤丢失严重的关键技术难题起到一定借鉴作用。同时，对指导阳泉矿区大采高综采技术的应用实践及推动安全、高产、高效煤炭开采技术的发展具有积极意义。