复合顶板切眼工艺设计研究

［摘要］在煤矿开采过程中，合理选择复杂煤层的开采工艺，是确保煤矿安全生产的关键，结合晋华宫矿6192工作面实例，分析了开采现场地质条件，论述了工作面开采工艺设计，通过应用采煤机刷宽开采工艺，保证了开采作业安全，提高了开采效率，降低了成本投入，取得了明显的经济效益与社会效益。

［关键词］复杂煤层；综采；工艺设计

1问题的提出

随着我国煤矿开采深度的不断增加，煤层赋存条件变得越来越复杂，在一些复合顶板、工作面跨度较大区域的开采作业过程中，开切眼是工作面掘进以及支护工作中重点、难点。若采用一次成巷工艺，因为一次暴露出的顶板区域相对较大，很难进行支护以及掘进作业，会导致开采过程中出现较大的困难；若采取锚带网以及锚索的支护方法，利用分次掘进开采工艺，因为需要相对长的周期，容易导致采掘比例失调。针对复杂煤层的开采工作，设计适宜开采工艺是极为关键的，经过大量的研究并结合以往经验得出，采用采煤机刷宽切眼开采工艺能够取得良好的效果。晋华宫矿6192工作面直接顶为灰黑色泥质粉砂岩，厚度0.6~2.1m，其上有2层厚度为0~1.5m的薄煤层，复合顶总厚度为4.6m。开采中顶板极难控制，顶板管理难度大，且受压时极易出现变形，从而影响工作面的支护质量。落差在3m以内的断层及破碎带分布较多。底板的岩性由上至下分别是：直接底为厚度为0~1.2m的灰色泥质砂岩，含有相对多的植物化石；老底为厚度为6.1~7.9m的黑色粉砂岩，呈泥质胶结状态。

2工作面工艺设计

（1）工作面之前切眼支护采用锚带网支护形式，个别位置采用钢棚支护，顶板、两帮均采用金属网以及M型钢带加固处理，部分部位采用塑料菱形网对两帮进行加固处理；钢带排距为0.8m；顶板一共设有4排锚杆，锚杆间排距为0.8m，切眼宽度为2.6m，长度为169m，高度为2.5~2.9m。（2）在对切眼进行开帮作业之前，应当制定合理的通风、供电、防尘以及排水等措施，将施工使用的所有器具全部备齐待用，同时把切眼中的浮煤、浮矸以及杂物等全部清理干净。（3）依照现场情况并结合以往开采经验，决定此次利用采煤机进行剥帮作业。即采煤机进行割煤作业4刀，循环进度为0.6m，深度为2.4m，确保切眼在剥帮作业之后的最大控顶距为5.2m。在进行剥帮作业之前，首先把切眼中的运输设备依据从上至下顺序，靠向西帮并顺直。等到煤机推移完成后，再推移输送机，防止发生急转弯现象。（4）在运输机靠近西帮位置后，对煤壁侧的螺盘、螺帽和棚腿进行分段回撤处理，每次回撤长度约10m。在进行螺盘以及螺帽的回撤作业时，需要利用专门的工具器械，保持从下至上、从低至高的回撤顺序。作业人员应站立于上方位置，不允许站立在受力方向上。若压力相对较大，则需要事先利用镐或者撬棍等工具器械把煤壁刨酥，避免螺锚崩出对人员造成安全威胁。在进行棚腿回撤前，在棚头部位，首先要采取每2个加棚间打上锚索的方法进行固定处理，确保棚头能够被前方以及后方的锚索拖住［1-2］。（5）在首排锚杆施工完成后，在切眼距离东帮1.4m处设加强点柱，相邻2个点柱的距离为1.5m，沿着倾向方向确保在同一直线上，在锚杆全部施工完成、且运输设备已经靠煤壁侧后，在接近运输设备位置再次加设另外1排点柱，2排加强点柱的排间距为2.1m。加设的加强柱型号为DZ29型单体液压支柱，下部加铁鞋，同时拴上防倒绳，确保初撑力>90kN，不允许超高使用液压支柱；若是支柱高度要求达不到时，则采用直径超过200mm木柱进行支撑，确保使用的木柱无质量问题，并且将木柱架设在坚硬的底板上，使用木楔将木柱挤压牢靠，保证木柱能够起到应有的支撑作用。（6）在采煤机到溜头位置后，应当在吃刀茬和支护作业完成后才能进行吃刀作业；在完成吃刀作业后立即依据以上的施工顺序开展支护施工，然后再将溜头以及输送设备推移处理，开展下一个循环。具体施工工艺如图1所示。

3工艺技术应用分析

此综采工艺在6192工作面应用后收到了非常好的效果，具体表现在以下方面：（1）工艺更为简便，开采速度快，开采效率高。与以前的爆破切眼开帮工艺相比，采用采煤机进行开宽作业，能够避免爆破施工，也能够有效地减少临时支护作业量，使得整个工序得到极大地简化，同时也确保了施工速度的提升，有效地改善了开采效率。（2）有效地减少开采过程中原材料的消耗，降低了开采成本。因为无需过多的支护作业以及爆破作业等，使得支护、爆破过程中消耗的材料大大减少，成本投入显著降低，可获得非常好的经济效益。（3）员工作业强度降低，更全面地发挥出了机电设备所拥有的效能。以往在进行开采过程中，多是利用爆破工艺以及人工擂煤的方式，而且支护也多为人工架棚支护，劳动强度非常大。在采用采煤机进行开宽切眼工艺后，结合锚网带联合支护工艺，显著降低了作业人员的劳动强度。（4）利用锚带网以及锚索进行联合支护施工，同时加设点柱支护手段，对于一些大断面巷道施工作业提供了很好的参考，同时也为煤矿掘进创造了新的工艺。

4工艺技术适应条件

通过实际开采试验得出，该种工艺技术具有较强的可行性，基本能满足各项施工要求。不过，若顶板属于Ⅰ类不稳性顶板，应当慎重使用此种工艺方法，具体原因为：（1）因为顶板破碎度相对较大，存在严重的裂隙发育，导致顶板的压力较大；同时巷道也会出现相对大变形，因此，通常情况下切眼巷道顶板的支护均是架棚支护方式。在应用采煤机进行开宽作业过程中，临时支护施工量大，对机刀维护也相对困难。此外，顶板也极易发生破碎问题，不适宜应用锚带网支护的方式对顶板进行支护。（2）由于顶板破碎度、裂隙发育严重，导致顶板变形量大、变形速度快，很多情况下在顶板锚杆眼作业完成后，由于钻孔发生了变形，导致打锚孔作业不能继续施工，此种状况下开展的锚杆施工作业，锚固力将显著下降，很难有效控制顶板，导致支护作业的质量显著降低，从而严重地影响到掘进效率。（3）由于受到顶板破碎的影响，采煤机进行大断面开宽作业时，导致机道所出现的空顶面积非常大，对空顶进行维护较为困难，若不能及时进行支护处理，会容易引发冒顶事故，给煤矿开采的安全性带来极为不利的影响。由于上述种种因素的影响，当顶板属于Ⅰ类不稳性顶板时，不建议采用此种开采工艺；在进行开采工艺选择的过程中，应当慎重考虑各方面因素，确保煤矿开采作业的安全性与高效性。

［参考文献］

［1］孙旭.薄煤层综采工作面生产工艺、生产实践与发展走向［J］.黑龙江科技信息，2017（1）：143.

［2］马存金.复杂地质条件大倾角煤层综采技术及安全措施［J］.中国科技信息，2017（增刊1）：63-64.

作者:于存江 单位:大同煤矿集团有限责任公司