特殊条件下综采工作面、多面连续开采技术研究

（河北金能邯矿集团郭二庄矿业公司,河北 武安 056303）

摘 要：通过郭二庄矿业公司二水平二采区综采工作面开采过程中，应用联合改造、大角度扇形开采、仰采等技术，实现了特殊条件下综采工作面多区段连续开采，并介绍了相关的开采方法及注意事项。

关键词：综采工作面; 联合改造; 扇形开采; 仰采; 连续开采

特殊地质条件综采工作面、多面连续开采技术研究，针对郭二庄矿二水平二采区22208、22210、222063采面及采区上山煤柱回收等特殊条件，应用联合改造、大角度扇形开采、仰采等开采技术，避开了断层对综采工作面开采的影响，同时对采区上山煤柱进行回收，避免工作面停产及综采支架、设备搬家，减少了搬家费用，保持了采面稳产。确保了煤炭资源回收和采面衔接，提高了采面煤质，实现了1套综采设备进行22208采面、22210采面、采区上山煤柱及22206采面4个开采区段、多面连续开采。

1 工作面概况

1.1 煤层赋存情况及地质条件

研究地区范围较大，包括22208采面外部、22210采面外部、采区上山保护煤柱部分及22206采面。本区域煤层结构简单，厚度 1.0~2.0 m，平均厚度1.7 m，煤层较稳定，断层附近煤层出现变薄现象，最薄0.4 m，煤层倾角0°~24°。煤层顶板：伪顶，泥岩，厚度 0~0.7 m，为黑色、松软，含炭质较高，随煤层垮落；直接顶，粉沙岩，厚度0~4.95 m，为灰黑色，夹薄层片状细砂岩，含植物化石；基本顶，中细砂岩，厚度2.06~13.67 m，为浅色、灰色，石英长石为主，块状，坚硬完整。底板：直接底，粉砂岩，厚度0~4.45 m为黑色，夹薄层细砂岩，水平层理，含方解石脉。区域内共存在断层8条，断层落差0.8~8.0 m，部分断层对开采影响较大。

1.2 综采工作面开采方法及装备

22208及22206综采工作面采用走向长臂后退式采煤法采煤，采区上山保护煤柱及改造面为倾向、伪倾向开采，均为一次采全高。采用全部垮落法管理采空区顶板。顶板支护选用ZY 2000—1050/2350型掩护式液压支架，工作面最大控顶距4.2 m，最小控顶距3.7 m，放顶步距 0.5 m，采空区在移架后自行垮落。落煤采用MG 135/320—AW型双滚筒采煤机，运煤方式；工作面采用SGZ—630/264型刮板输送机向下运煤，运巷采用SGW—40型刮板输送机运煤。

1.3 工作面参数

实施地区巷道均采用锚梁网支护，规格4.2 m×2.4 m（宽×高）。22208综采工作面里部走向长度820 m，倾向长度150 m； 22208及22210改造工作面走向长度340 m，倾向长度150 m；保护煤柱部分包括2个扇形工作面倾向长度200 m，走向长度150 m（仰采面）；22206综采工作面走向长度1 050 m，倾向长度125 m。

2 开采方案选择

2.1 初次开采方案的确定

郭二庄矿业公司22208综采工作面外部由于受断层影响需过断层开采。如果采面跨断层采煤，将给采面的生产和煤质管理造成困难。而22210面运巷已掘进300 m，掘进过程中揭露断层8条，断层落差0.5~8 m。结合22208运巷揭露的断层情况，确认22210采面已不具备开采条件，不能进行综合机械化开采，只能进行局部残采。为了使22208综采工作面避开断层影响，同时回收22210采面的部分煤炭资源，提出了方案一。该方案是：在 22208采面运巷外部沿断层方向，避开断层影响施工一条改造风巷，该巷道布置在22208采面内。同时在22210采面运巷外部沿第二条断层方向，避开断层影响掘进一条改造运巷，该巷道布置在22210采面内。以上两条巷道分别作为联合改造面的风巷和运巷，通过改造风、运巷将22208面和22210面联合在一起，使两个工作面既避开了断层影响、有利于工作面连续开采，又有利于煤质管理和煤炭资源的回收（见图1）。

图1 方案1

2.2 综采工作面、多面连续开采方案的确定

二水平二采区为单翼采区，22206、22208、22210 三个采面为上、下相邻采面，22208为正在采煤的工作面，22206面位于其上部、22210面位于其下部。由于22210工作面受断层影响不能正规开采，所以按正常采面衔接，22208衔接22206采面。因为22206运巷与 22208风巷之间留设10 m煤柱，存在巷道准备与采面相互影响难题。另外采区上山保护煤柱原设计分两部分进行开采：一部分为22208面外部，采用布置工作面的方式开采；另一部分为22206面外部，采用与22206面合并的方式开采，采煤工作面的开采顺序为：22208面—22208面外部煤柱— 22206面外部煤柱及22206面。随着22208面与22210面联合开采方案的实施，公司技术部门对该地区地质条件、开采技术、运输系统、通风管理等多方面因素的研究，认为虽然在以上环节的管理上存在许多困难，但通过加强管理克服以上问题，可以实现特殊条件综采工作面、多面连续开采，即22208面与22210面联合开采后继续推进，通过大角度扇形开采进入采区上山保护煤柱对该部分煤炭进行回收，而后再次应用大角度扇形开采与22206面对接，最后对22206面开采，完成一系列采煤工作（见图2）。

3 综采工作面连续开采过程中采取的措施

3.1 综采工作面大角度扇形开采

综采工作面多面连续开采过程中共进行了四次扇形开采，其中第一次、第二次扇形开采角各为38°，第三次、第四次扇形开采角各为90°，四次扇形开采角共计256°。为了保证工作面扇形开采期间的安全，采取了以下措施：

(1) 适当控制工作面拐斜方向,以防止综采支架和运输设备出现下滑。

(2) 在风巷和运巷预先标示出工作面的推进位置,严格按标定位置推近，掌握好机头和机尾的推进比例,防止比例失调。

(3) 加强拐斜期间无综采支架段,单体支柱支护段顶板的管理,及时进行支柱的增减,防止出现空顶现象,杜绝顶板事故发生。

(4) 及时调整工作面推进方向,使综采支架的仰斜和俯斜移近量与支架自然移动量相抵消,防止设备下滑。

(5) 加强工作面现场管理,每班设副区长跟班,负责当班的质量管理,发现问题及时处理。

3.2 采煤工作面运煤系统调整

为了解决采煤工作面开采期间运输设备布置和工作面设备管理难题，随着采面的开采，对工作面的运输系统逐步进行了调整。

(1) 22208采煤工作面送煤系统为：采煤工作面→22208运巷→二采胶带坡→上仓道→二采煤仓。

(2) 22208和22210联合改造面运煤系统：采煤工作面（上行运煤）→改造风巷→二采胶带坡→进仓道→二采煤仓。

(3) 煤柱开采阶段工作面运煤系统：采煤工作面→二采胶带坡→进仓道→二采煤仓。

(4) 22206采煤工作面运煤系统：采煤工作面→22206运巷→二采运煤上山→进仓道→二采煤仓。

3.3 综采工作面仰采

开采过程中，煤柱段为仰采，仰采角15°~22°。仰采过程中采取了以下措施：

(1) 工作面支架立柱初撑力必须达到泵站规定值的80%，并在开工前或收工后坚持综采支架的二次注液。

(2) 严格控制机组割煤与支架支护的距离，拉架滞后机组不得大于5组支架。

(3) 采煤机割煤后，必须及时移架支护新暴露的顶板，支架顶梁前端与煤壁间端面不得大于200 mm，超前时采取措施进行临时支护。

(4) 如遇顶板破碎，煤壁片帮冒顶时，必须用木垛棚实接顶，同时带压移架。

(5) 如煤壁松散、破碎，片帮严重时，采取注浆措施加固。

(6) 采煤机沿顶割煤，顶板破碎，移架必须及时，如移架跟不上，必须停止割煤，待支架拉齐后方可割煤。

3.4 通风管理

采煤工作面开采过程中需过多条巷道采煤及运输系统的调整，造成通风系统管理困难，如22208采面生产时，通风系统为：二采轨道下山→22208运巷→工作面→22208风巷→二采胶带上山。22208与22210面联合改造面生产时，通风系统为：二采轨道下山→改造运巷→工作面→改造风巷→二采胶带上山（其中涉及到22208外段运巷和22208外段风巷的通风问题）。煤柱开采时通风系统为：配下山→工作面→二采胶带上山（其中涉及到原二采轨道下山、二采胶带坡下段以及联巷等通风问题）。而22206面外段开采时，通风系统为：二采下山→22206运巷→工作面→22206风巷→二采回风道（其中涉及到二采轨道下上及二采胶带上山上段的通风问题）。为此，根据采面不同阶段开采情况及时对通风系统进行调整，维护好临时和永久通风设施，将该区域列为重点瓦斯管理地区，及时处理通风管理中遇到的困难，确保采面安全生产。

4 实施情况及效果

4.1 实施情况

综采面连续开采过程分两个阶段进行实施，其中第一阶段即第一开采方案于2006年2月份开始实施。由掘二区204队负责改造巷道的掘进工作；综采二区负责22208综采面的正常采煤及改造后工作面的开采。2006年4月底掘二区204队完成采面改造。综采二区22208采面于5月初采至改造位置，进入拐斜、调采阶段，于5月中旬开始改造采煤工作面。而第二个阶段即第二开采方案则是实施煤柱部分改造与22206采面巷道对接。该方案2006年5月开始实施，到8月中旬完成全部改造工程。综采二区于2006年8月10日进行工作面第二次调采、拐斜，于8月底完成22208和22210联合改造面的开采工作。于2006年9月初开始第三次调采、拐斜（第一次90°大角度扇形开采），11月底进入煤柱开采阶段（大倾角仰采）。2006年12月进行第四次调采、拐斜（第二次90°大角度扇形开采）。2006年12月底进行22206采面正常采煤。

4.2 实施效果

综采面连续开采技术研究，实现了综采工作面跨多个工作面连续开采，避免了综采面停产、搬家，减少综采工作面搬家、安装3次，节省了综采面回收、搬家安装费用，创经济效益150万元。同时确保了采面正常衔接，多回收了煤炭10.3万t，减少资源的丢失，创造了显著的经济效益和社会效益。

5 开采时存在的问题及改进意见

（1） 应合理安排采面的改造时间，以防采、掘相互影响。

（2） 应加强采面拐斜、调采期间，尤其是大角度扇形开采时采面的管理，及时对无液压支架支护段进行有效支护。

（3） 采面大倾角仰采时，注意煤壁的管理，以防大面积片帮。

（4） 加强通风系统的管理，防止出现瓦斯超限事故。

第一作者简介：尚继平（1962-），男，河北文安人，本科，采煤工程师，现任河北金牛邯矿集团郭二庄矿业有限公司总工程师。