復合頂板切眼工藝設計研究

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［摘要］在煤礦開采過程中，合理選擇復雜煤層的開采工藝，是確保煤礦安全生產的關鍵，結合晉華宮礦6192工作面實例，分析了開采現場地質條件，論述了工作面開采工藝設計，通過應用采煤機刷寬開采工藝，保證了開采作業安全，提高了開采效率，降低了成本投入，取得了明顯的經濟效益與社會效益。

［關鍵詞］復雜煤層；綜采；工藝設計

1問題的提出

隨著我國煤礦開采深度的不斷增加，煤層賦存條件變得越來越復雜，在一些復合頂板、工作面跨度較大區域的開采作業過程中，開切眼是工作面掘進以及支護工作中重點、難點。若采用一次成巷工藝，因為一次暴露出的頂板區域相對較大，很難進行支護以及掘進作業，會導致開采過程中出現較大的困難；若采取錨帶網以及錨索的支護方法，利用分次掘進開采工藝，因為需要相對長的周期，容易導致采掘比例失調。針對復雜煤層的開采工作，設計適宜開采工藝是極為關鍵的，經過大量的研究并結合以往經驗得出，采用采煤機刷寬切眼開采工藝能夠取得良好的效果。晉華宮礦6192工作面直接頂為灰黑色泥質粉砂巖，厚度0.6~2.1m，其上有2層厚度為0~1.5m的薄煤層，復合頂總厚度為4.6m。開采中頂板極難控制，頂板管理難度大，且受壓時極易出現變形，從而影響工作面的支護質量。落差在3m以內的斷層及破碎帶分布較多。底板的巖性由上至下分別是：直接底為厚度為0~1.2m的灰色泥質砂巖，含有相對多的植物化石；老底為厚度為6.1~7.9m的黑色粉砂巖，呈泥質膠結狀態。

2工作面工藝設計

（1）工作面之前切眼支護采用錨帶網支護形式，個別位置采用鋼棚支護，頂板、兩幫均采用金屬網以及M型鋼帶加固處理，部分部位采用塑料菱形網對兩幫進行加固處理；鋼帶排距為0.8m；頂板一共設有4排錨桿，錨桿間排距為0.8m，切眼寬度為2.6m，長度為169m，高度為2.5~2.9m。（2）在對切眼進行開幫作業之前，應當制定合理的通風、供電、防塵以及排水等措施，將施工使用的所有器具全部備齊待用，同時把切眼中的浮煤、浮矸以及雜物等全部清理干凈。（3）依照現場情況并結合以往開采經驗，決定此次利用采煤機進行剝幫作業。即采煤機進行割煤作業4刀，循環進度為0.6m，深度為2.4m，確保切眼在剝幫作業之后的最大控頂距為5.2m。在進行剝幫作業之前，首先把切眼中的運輸設備依據從上至下順序，靠向西幫并順直。等到煤機推移完成后，再推移輸送機，防止發生急轉彎現象。（4）在運輸機靠近西幫位置后，對煤壁側的螺盤、螺帽和棚腿進行分段回撤處理，每次回撤長度約10m。在進行螺盤以及螺帽的回撤作業時，需要利用專門的工具器械，保持從下至上、從低至高的回撤順序。作業人員應站立于上方位置，不允許站立在受力方向上。若壓力相對較大，則需要事先利用鎬或者撬棍等工具器械把煤壁刨酥，避免螺錨崩出對人員造成安全威脅。在進行棚腿回撤前，在棚頭部位，首先要采取每2個加棚間打上錨索的方法進行固定處理，確保棚頭能夠被前方以及后方的錨索拖住［1-2］。（5）在首排錨桿施工完成后，在切眼距離東幫1.4m處設加強點柱，相鄰2個點柱的距離為1.5m，沿著傾向方向確保在同一直線上，在錨桿全部施工完成、且運輸設備已經靠煤壁側后，在接近運輸設備位置再次加設另外1排點柱，2排加強點柱的排間距為2.1m。加設的加強柱型號為DZ29型單體液壓支柱，下部加鐵鞋，同時拴上防倒繩，確保初撐力>90kN，不允許超高使用液壓支柱；若是支柱高度要求達不到時，則采用直徑超過200mm木柱進行支撐，確保使用的木柱無質量問題，并且將木柱架設在堅硬的底板上，使用木楔將木柱擠壓牢靠，保證木柱能夠起到應有的支撐作用。（6）在采煤機到溜頭位置后，應當在吃刀茬和支護作業完成后才能進行吃刀作業；在完成吃刀作業后立即依據以上的施工順序開展支護施工，然后再將溜頭以及輸送設備推移處理，開展下一個循環。具體施工工藝如圖1所示。

3工藝技術應用分析

此綜采工藝在6192工作面應用后收到了非常好的效果，具體表現在以下方面：（1）工藝更為簡便，開采速度快，開采效率高。與以前的爆破切眼開幫工藝相比，采用采煤機進行開寬作業，能夠避免爆破施工，也能夠有效地減少臨時支護作業量，使得整個工序得到極大地簡化，同時也確保了施工速度的提升，有效地改善了開采效率。（2）有效地減少開采過程中原材料的消耗，降低了開采成本。因為無需過多的支護作業以及爆破作業等，使得支護、爆破過程中消耗的材料大大減少，成本投入顯著降低，可獲得非常好的經濟效益。（3）員工作業強度降低，更全面地發揮出了機電設備所擁有的效能。以往在進行開采過程中，多是利用爆破工藝以及人工擂煤的方式，而且支護也多為人工架棚支護，勞動強度非常大。在采用采煤機進行開寬切眼工藝后，結合錨網帶聯合支護工藝，顯著降低了作業人員的勞動強度。（4）利用錨帶網以及錨索進行聯合支護施工，同時加設點柱支護手段，對于一些大斷面巷道施工作業提供了很好的參考，同時也為煤礦掘進創造了新的工藝。

4工藝技術適應條件

通過實際開采試驗得出，該種工藝技術具有較強的可行性，基本能滿足各項施工要求。不過，若頂板屬于Ⅰ類不穩性頂板，應當慎重使用此種工藝方法，具體原因為：（1）因為頂板破碎度相對較大，存在嚴重的裂隙發育，導致頂板的壓力較大；同時巷道也會出現相對大變形，因此，通常情況下切眼巷道頂板的支護均是架棚支護方式。在應用采煤機進行開寬作業過程中，臨時支護施工量大，對機刀維護也相對困難。此外，頂板也極易發生破碎問題，不適宜應用錨帶網支護的方式對頂板進行支護。（2）由于頂板破碎度、裂隙發育嚴重，導致頂板變形量大、變形速度快，很多情況下在頂板錨桿眼作業完成后，由于鉆孔發生了變形，導致打錨孔作業不能繼續施工，此種狀況下開展的錨桿施工作業，錨固力將顯著下降，很難有效控制頂板，導致支護作業的質量顯著降低，從而嚴重地影響到掘進效率。（3）由于受到頂板破碎的影響，采煤機進行大斷面開寬作業時，導致機道所出現的空頂面積非常大，對空頂進行維護較為困難，若不能及時進行支護處理，會容易引發冒頂事故，給煤礦開采的安全性帶來極為不利的影響。由于上述種種因素的影響，當頂板屬于Ⅰ類不穩性頂板時，不建議采用此種開采工藝；在進行開采工藝選擇的過程中，應當慎重考慮各方面因素，確保煤礦開采作業的安全性與高效性。

［參考文獻］

［1］孫旭.薄煤層綜采工作面生產工藝、生產實踐與發展走向［J］.黑龍江科技信息，2017（1）：143.

［2］馬存金.復雜地質條件大傾角煤層綜采技術及安全措施［J］.中國科技信息，2017（增刊1）：63-64.

作者:于存江 單位:大同煤礦集團有限責任公司