2019年第2期（总第161期）2019年2月
技术研究
厚煤层大采高综放开采关键技术分析张振国（同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司，山西朔州036000）
摘要：结合A煤矿生产实际，主要针对矿井厚煤层大采高综放开采中存在的片帮严重和瓦斯超限问题进行分析，提出
通过设定合理的回采面支架护帮板高度、加快工作面推进速度和增大支架初撑力来防治煤壁片帮问题，采取“三步走”方案治理瓦斯超限问题。工程实践表明，工作面煤壁片帮情况得到有效控制，瓦斯治理效果明显，证明所采用的技术可行、有效。
关键词：厚煤层；大采高综放开采；片帮控制；瓦斯治理中图分类号：TD823文献标识码：A文章编号：2095-0802-(2019)02-0107-02
KeyTechnologyAnalysisofFullyMechanizedCavingMininginThickCoalSeamwithLargeMiningHeight(ZhenengMajialiangCoalIndustryCo.,Ltd.,DatongCoalMineGroup,Shuozhou036000,Shanxi,China)Abstract:CombinedwiththeactualproductionofACoalMine,thispapermainlyanalyzedtheproblemsofseriouswallcavingandgasoverruninthefullymechanizedminingofthickcoalseamwithlargeminingheight.Itisproposedtosetthereasonableheightofthesupportplate,acceleratetheadvancespeedofworkingfaceandincreasetheinitialsupportforcetopreventandco-ntroltheproblemofcoalwallcavingandadoptthe\"three-step\"schemetocontroltheproblemofgasoverrun.Theengineeringpracticeshowsthatthecoalwallcavingintheworkingfaceiseffectivelycontrolled,andthegascontroleffectisobvious,whichprovesthatthetechnologyadoptedisfeasibleandeffective.
Keywords:thickcoalseam;fullymechanizedcavingminingforlargeminingheight;wallcavingcontrol;gascontrol
ZHANGZhenguo
0引言2片帮防治技术
厚煤层大采高综放开采过程中会出现煤壁片帮情况严重、瓦斯涌出量大、矿压显现剧烈等问题，严重制约了矿井的安全高效生产。相关资料统计显示，厚煤层大采高综放开采存在的最为普遍的问题就是煤壁片帮和瓦斯涌出，其在一定程度上已经成为影响煤矿安全生产的主要因素，制约了工作面生产效率的提升，有必要结合矿井实际研究制订相应的防治措施[1]。1矿井概况
A煤矿主采煤层有两层，分别为3#煤层和4#煤层。煤层平均厚度为15.6m，煤层埋深较浅，埋深在355m耀402m。煤层直接顶为岩浆岩和泥岩，厚度在2.5m～3.7m不等；煤层直接接触底板为脆性泥岩，厚度在2.8m左右。煤层厚度较大，为厚煤层大采高工作面开采。矿井设计1205开采工作面采用大采高综放开采，工作面全长为199m。但由于煤系地层形成后受到火成岩的侵入，煤层结构较为复杂，呈现出“上下坚硬，中间疏松易碎”的特点，煤层工作面推进过程中经常发生片帮情况，影响了工作面正常的生产作业[2]。同时，矿井煤层瓦斯涌出量为1.m3/t，属于高瓦斯生产矿井，井下生产存在瓦斯爆炸的危险。收稿日期：2018-12-05
作者简介：张振国，1991年生，男，山西山阴人，2015年毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业，助理工程师。
根据生产实际情况得到，工作面在周期来压和非周期来压期间，煤壁出现片帮的概率和情况有所不同，因此需要针对不同采高、不同工作面推进速度情况下的煤壁片帮情况进行讨论，进而采用更为有效的片帮防治技术。2.1设定合理的回采面支架护帮板高度为了解不同采高情况下煤壁位移情况，通过数值模拟软件，模拟工作面采高在3.5m、4.5m、5m、5.5m4种情况下煤壁水平位移情况，模拟结果如图1所示。由模拟结果分析得到，随着工作面采高的不断增加，工作面煤壁水平位移峰值逐渐向后推移，工作面采高为3.5m、4.5m、5m、5.5m时，煤壁水平位移峰值距底板的距离分别为2.0m、3.0m、3.5m和4.0m。同时，工作面开采高度越高，煤壁位移峰值越大，工作面采高为3.5m、4.5m、5m、5.5m时，煤壁水平位移峰值分别为13mm、17mm、21mm和24mm。结合生产情况，工作面回采高度一般设置为4.5m左右，这种情况下煤壁水平位移峰值距底板的距离为3.0m，因此将回采面支架护帮板高度设定为1.5m。与此同时，适当对防护结构进行优化设计，将防护结构改为“铰接前梁+伸缩梁+二级护帮板”形式，可有效降低煤壁出现片帮情况的概率[3]。2.2适当加快工作面推进速度煤层工作面推进过程中，推进速度也对工作面片帮·107·
2019年第2期情况的发生有着重要的影响。工作面推进过程中，工作面上方经历了应力的重新分布，如果推进速度较慢，工作面煤壁在经历应力峰后再次受到残余应力的影响，两次扰动情况下煤壁塑性变形情况将十分严重，片帮发生概率大大增加，同时片帮发生强度也会增大[4]。图2所示为不同工作面推进速度下煤壁片帮块度图。由图2得到，在一定范围内推进速度与片帮块度为反相关关系，推进速度越快，煤壁片帮块度越小，煤壁的水平位移和破坏范围越小，工作面发生片帮情况的概率也就越低。综合分析得到，在工作面回采过程中，应结合矿井生产实际情况适当加快工作面推进速度，从而缩短煤壁暴露时间，降低煤壁片帮的发生概率。2622181410采高3.5m采高4.5m6采高5.0m2
采高5.5
m
00.51.01.52.0距底2.5板高3.0度3.5/m
4.04.55.05.5
图14种情况下煤壁水平位移图
12090603001.6
2.4
工作面推进3.2
速度/(m·d-14.0
)
4.8
图2不同工作面推进速度下煤壁片帮块度图
2.3适当增大支架初撑力工作面煤壁片帮与矿山压力显现之间有着重要的关联，其实质与顶板岩层应力的重新分布有关[5]。在工作面来压过程中，煤壁片帮情况严重，来压后情况逐渐得到好转。结合现场实际情况，在工作面来压期间，煤壁出现片帮情况的概率提升约25%，并且如果工作面的推进速度较慢，片帮情况出现的概率和严重程度将会提高。因此，在工作面来压期间需要加强煤壁管理，适当增大支架的初撑力，从而控制顶煤和上覆岩层的运移。3
综放开采瓦斯治理技术
3.1厚煤层综放面瓦斯特征矿井综放工作面瓦斯特征主要体现在四方面：a)煤层赋存瓦斯量较大，瓦斯绝对涌出量也较大。主采煤层的原始瓦斯压力为0.15MPa～0.18MPa，相对涌出量不超过2m3/t，而实际开采中的瓦斯涌出量却高于40m3/min；b)瓦斯涌出不均衡。矿井瓦斯涌出来源有工作面漏风携带瓦斯、采空区高处及深部瓦斯，3个区·108·
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域瓦斯涌出量表现出很强的不均衡性，不均衡系数可达到1.8；c)采空区局部瓦斯涌出量过大。110#支架至上隅角经常出现瓦斯浓度超限情况，工作面尾部接近10%的雨区范围内，瓦斯涌出量超过了90%；d)工作面瓦斯浓度呈现非线性分布特征，在工作面竖直方向上，瓦斯自下而上浓度逐渐增加，每5m浓度增加幅度可达到2.5%；工作面到采空区范围内瓦斯近似呈阶梯分布状态，并与自燃三带基本吻合[6]。3.2瓦斯防治技术结合矿井瓦斯的赋存情况，该矿井瓦斯治理遵循采为主、通风为辅”的原则，围绕高抽巷抽采技术，逐步制定完善了矿井“三步走”瓦斯治理方案：a)第一步，在工作面回采的初期，为避免上隅角瓦斯浓度超限，可在上隅角进行隔离封堵和风帘稀释；b)第二步，构建综合瓦斯抽采系统，包括高位埋管抽采、上隅角插管抽采、通风系统辅助优化等措施，建立健全矿井瓦斯综合抽采体系；c)第三步，设置顶板高抽巷，对工作面回采后的空间进行密闭抽采。除加强瓦斯抽采以外，还应该加强对瓦斯涌出情况的实施监测，以及时调整矿井瓦斯抽采参数，避免出现瓦斯浓度超限的情况[7]。图3所示为矿井工作面瓦斯抽采示意图。5002105进风巷
路单mm系统抽抽放放
管
密闭墙
5105高抽巷5105进风巷
图3矿井工作面400瓦斯抽mm抽采示意放管路图
单系统抽放
4结语
a)应用设定合理的回采面支架护帮板高度、加快工作面推进速度和增大支架初撑力的工作面煤壁片帮综合防治技术后，1205工作面煤壁片帮发生概率大大降低，由35%下降到21%，同时片帮深度也得到了有效控制，最初煤壁片帮深度为0.3m耀0.35m，应用新防治技术后片帮最终深度为0.16m耀0.23m，防治效果较为理想；b)围绕顶板高抽巷技术，建立健全矿井的三步走”瓦斯治理方案，取得了良好的瓦斯治理效果。回采工作面上隅角瓦斯浓度和采空区瓦斯涌出情况均得到了有效控制，避免出现瓦斯集聚浓度超限问题。相关数据统计显示，采空区瓦斯抽采量超过了其涌出总量的40%，基本实现了瓦斯零超限的治理目标。参考文献：1］王金华.特厚煤层大采高综放开采关键技术［J］.煤炭学2］2013李化，敏38(12)，蒋东：20-2098.报，
杰，李东印.特厚煤层大采高综放工作面矿压及
顶板破断特征［J］.煤炭学报，2014，39(10)：1956-1960.
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“抽“［［2019年第2期2019年2月
术在现场应用中比较常见。通常将条形风口装置安装在采煤机上，在截煤时，喷射的空气流阻止了工作面粉尘向采煤机的扩散，从而达到了隔尘的目的；f)采用除尘器的降尘技术。在国外发达国家，此方法常用于综采工作面粉尘的防治工作，应用非常广泛，除尘效果也非常好，在实际应用中，常常会在高性能的除尘器上安装双层或多层雾流罩除尘装置以提升除尘效果。目前，国内除尘器的种类较少，还不能满足实际需要。2
2.1提高综采工作面防尘效果的技术趋势
提高综采工作面防尘技术随着综采机械化和自动化水平的不断提高，煤炭开采能力大幅提高，煤炭开采向规模化集中化方向发展，煤炭开采效率也得到了很大的提高。但在煤炭开采效率提升的同时，采煤工作面出现煤尘大和粉尘浓度高等问题，因此需不断提高综采工作面的防尘技术水平，提升综采工作面防尘效果。主要体现在：a)改进现有煤层的注水工艺水平，根据综采的具体情况，对钻孔位置进行合理布置，提高封孔工艺，采用合理的注水方法和注水设备，从而提升注水效果，达到防尘和降尘的目的；b)提高工作面的喷雾防尘自动化和系列化水平。2.2加强对采煤工艺的研究通过不断改进采煤机的采煤工艺，提高采煤机工作效能，减少综采工作面粉尘的产生。采煤机从下顺槽向上顺槽进行截煤时，降低滚筒采煤机转速进行深截割能有效减少粉尘的产生。采煤机滚筒的牵引速度和截割速度不同，采煤工作面产生的煤尘量也不同。应用合理的采煤工艺能有效降低煤尘浓度，因此，有必要加强对采煤工艺和方法的研究。2.3积极研制综采工作面除尘装置在综采工作面设置合理的除尘装置进行除尘。由于综采工作面除尘设备相对较少，而且不同的煤矿对除尘设备的要求也不同，这在一定程度上了综采工作面除尘水平的提高。因此，需要积极研制综采工作面的除尘装置。2.4引进先进的工作面防尘技术利用国内外先进的综采工作面防尘研究技术，提高防尘技术总体水平是当务之急。在引进泡沫除尘和超声波除尘等技术的基础上，不断进行创新，将先进技术大胆应用在采煤工作中，通过对多种防尘措施的综合运用，有效控制、降低粉尘的危害，提高综采工作效率。要提高对综采工作面粉尘的监控水平，对于灵敏度高的粉尘检测设备要多加利用，适时检测粉尘浓度，通过数据来分析综采工作面粉尘的产生和运动规律，从而得出最佳的除尘方法。2.5加强对粉尘的防治与管理加强对粉尘的防治与管理，建立完善的防尘供水系统。定期派专人对回风巷道、运输巷道的顶帮、支架进行洒水消尘、清扫冲洗粉尘，防止煤尘堆积飞扬。在运输巷、回风巷距采煤工作面上下出口60m耀200m范围内分别安设隔爆水袋，水量不得少于200L/m2，定期检查、加水，设专人管理，加强维护，并挂标志牌。工作面上下出口设置净化水幕，进、回风巷按规定设置净化水幕。工作面割煤和运煤时，开启回风巷内的防尘水幕降尘，水幕必须雾化良好并覆盖巷道全断面。运输巷各转载点必须开启喷雾降尘，不出煤时关闭。所有净化水幕和喷雾降尘设施必须可以正常喷雾降尘，保证可靠。回风巷、运输巷存放的物料不得堵塞巷道断面的1/3，且堆放整齐，挂牌管理。所有工作人员必须爱护“一通三防”设施，严禁任何人损坏。工作面每隔10台支架安装1组喷雾装置，割煤、拉架期间喷雾系统必须打开，起到降尘效果。采煤机安装内外喷雾装置，在割煤期间打开，其余时间关闭。在工作面刮板输送机机头、超前刮板输送机机头和胶带输送机机头分别安装1组喷雾装置。工作面及运输巷、回风巷必须有完善的防尘设施，运输巷的防尘管路用6.67cm（2寸）铁管，接到综采工作面下出口；回风巷防尘管路用6.67cm（2寸）铁管接到综采工作面上出口。每天派专人对运输巷、回风巷防尘管路进行检查，必须及时进行维护、更换。通过以上防尘措施可有效实现综采工作面的清洁生产，降低职工患尘肺病的风险。3结语
综采工作面的工作环境十分复杂，因此，在综采工作面煤尘控制过程中，需要对多种有效方法进行联合应用，针对综采工作面的具体工作要求，使用对应的降尘控制方法进行合理操作，不断提升综采工作面的工作环境，有利于实现安全生产，提高综采效率。参考文献：［1］赵洪伟，宋志刚，孔辉.煤矿掘进工作面综采防尘技术运用［J］.
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（责任编辑：高志凤）
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［7］杨印朝，潘卫东，徐文彬.东庞矿复杂地质条件下厚煤层开采
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