孤岛综采工作面的安全开采技术研究

孤岛综采工作面的安全开采技术研究

陈模吉

黔西金坡煤业有限责任公司

摘要：随着我国的经济迅速发展使得我国对能源的需求量在不断增加，因此需要加强对煤炭等能源的开采来满足日益增长的经济发展要求。随着煤炭资源的不断开采，煤层受到地质构造的影响会产生复杂条件的综采工作面，对安全开采带来一定的影响，因此本文对深水平、大地压、孤岛综采工作面的安全开采技术进行研究，确保煤炭的安全开采。工作面生产必须坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，坚决贯彻执行上级各项安全生产方针。

关键词：孤岛综采工作面；生化预处理；工艺分析

综采技术优点在于回采的效率高，采出率高等优点广泛应用在煤炭开采业，在具体使用综采技术的时候需要根据综采工作面的实际情况来选用合理的安全开采技术，确保煤炭开采不出现安全事故，本文以深水平、大地压、大仰角孤岛综采工作面的安全开采技术为研究对象进行说明。

1、孤岛综采工作面概况

21508工作面位于黔金煤矿二采区15号煤层中，工作面北部紧靠坤元煤矿井田边界，南部为三采区（未开采），西邻21510采空区，东邻21506采空区，上覆4、9号煤层已开采，为孤岛工作面，运输顺槽设计走向长500m（平距），回风顺槽设计长度561m（平距），两巷均为沿空掘巷。

工作面标高+1365～+1460m，地面标高+1650～+1775m，整体埋深315～404m,对应地面为全家塘、石笋村区域，无人居住（采4、9号煤层期间已搬迁）；地表为山坡、中山地形，区域内无盆地，不易积水，掘进过程中对地表设施无影响。21508工作面回采过程中受顶板水影响较小。

1.2综采工作面安全开采技术概要

    随着我国煤炭开采的逐渐深入和掘进深入的不断增加，高产出和易出煤的缓倾斜煤层在逐渐减少。为了保证煤炭产量和能源供给，需要针对复杂地形煤层进行综采。由于高强度综合机械化设备进入复杂地质环境中作业较为困难，为了提升开采作业效率，对于深水平、大地压、大仰角孤岛综采工作面这类复杂综采工作面的安全开采需要做好技术方面的支持。通过对工作面实际情况的调查选取关键开采技术和工艺，同时对设备的选择和安装进行分析并进行相关改造，通过采取合适的技术措施，科学地组织生产对孤岛综采工作面进行安全综采作业。工作面15号煤直接顶岩性为粉砂质泥岩，岩层厚度为0.6～3.41m，平均厚2m，灰黑色，水平纹理，夹粉砂岩条带，底部为黑色泥岩薄层，含大量黄铁矿结核，富产植物化石，RQD值为中等～较差，岩石质量等级为Ⅳ，岩体完整性为较破碎，岩石中含菱铁质结核，属软～较坚硬岩类，稳定性中等偏差，局部会发生顶板跨塌；老顶为细砂岩及粉砂岩，深灰色，水平文理，脉状层理，微波状及透镜状层理，夹细砂岩条带，产植物化石碎片，厚度4.04～16.18m，平均厚10.11m。

2、孤岛综采工作面安全隐患

2.1综采工作面环境安全隐患

煤层突出危险性参数测定情况及分析

（1）突出危险性鉴定情况

根据二零一八年八月贵州省矿山安全科学研究院提供的《黔金煤矿一二采区北翼15号煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定》报告：瓦斯含量Wmax为5.13m³/t、瓦斯压力Pmax为0.36MPa、煤的破坏类型为Ⅱ类，煤的最小坚固性系数fmin为0.71，瓦斯放散初速度△Pmax为29mmHg。21508采掘工作面均在鉴定区域。

（2）工作面突出危险性分析

21508工作面最低标高+1365m，最大埋深404m，距“10.8”事故地点平距超过800m，最低标高超出事故地点78m。参照邻近工作面瓦斯数据收集，预计21508工作面最大煤层瓦斯含量为3.6m³/t、最大瓦斯压力0.36MPa。

2.工作面区域防突补充措施

根据上述15号煤层瓦斯参数测定情况，选用顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯或顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯，满足《煤矿安全规程》2022版第二百一十条规定。

（1）掘进区域防突补充措施

当区域措施效果检验瓦斯含量大于6m³/t或反算瓦斯压力大于0.6MPa，在21508掘进工作面迎头施工顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯作为区域防突补充措施。

①钻孔控制到巷道前方80m及巷帮轮廓线外20m范围，目前暂未测定15号煤层瓦斯抽采半径，根据矿井瓦斯治理经验暂按3m设计钻孔，待资质部门进行考察后，按考察结果进行调整。

②钻孔施工到位后使用固特捷封孔，封孔长度不小于10m，封孔后与高负压抽放系统联网带抽。

③掘进过程中，若煤层赋存状态发生变化，通防部根据具体情况及时调整钻孔施工参数，以确保措施可操作性及有效性。

2.2综采工作面设备安全隐患

在复杂工作面采煤设备运行有许多的安全隐患，比如：1.在采煤作业进行的过程中，支架向采空区的位移增大导致液压支架受到更大的压力，因此面向煤层方向的推进变得更加困难，不利于完成采煤作业。2.在使用采煤机进行作业时，煤炭容易被抛洒到控顶区影响下方工作人员和其他设备的安全。3.刮板输送机的仰采角度难以控制，可能会出现人工垫高输送机仰采角度和人工下卧底降低输送机角度，影响了采煤的效率和可能出现人员伤害。4.煤层角度变大导致通道坡度变大，不利于转载机等设备的拉移和人员的进出以及安全防滚措施的实施。5.操作人员的问题，采煤机司机和支架工操作环境较差，仰采角度大容易导致人员支架内行走作业滑倒造成人员伤害。

   3、孤岛综采工作面安全技术

   该工作面位于全家塘向斜的西翼，工作面地质条件较简单，煤层基本呈单斜构造赋存。在向斜轴附近，受全家塘向斜影响，工作面煤层起伏变化大，小构造频繁，区内无大的断层，局部可能发育小断层及小褶曲，通过临近21506、21510工作面揭露的地质资料分析，预计21508工作面掘进期间将揭露6条断层，其中21508运输巷开口位置将揭露向斜构造，向斜两翼倾角9°左右，预计影响工作面掘进50m，巷道在通尺349m处将揭露正断层F21510-9 23°∠55° H=1.6m，在通尺513m、528m分别揭露两条正断层：F21510-10 46°∠51°H=0.5m、F21510-11 46°∠51°H=0.5m；21508回风巷开口在通尺25.4m、367m、519m处将分别揭露三条正断层：F21506-4 50°∠60° H=0.4m、F21506-6 38°∠44° H=1m、F21506-8 46°∠57° H=0.5m。

3.1合理配置开采设备

    针对孤岛综采工作面的采煤作业，首先要做好开采设备的合理配置，支架的选用。对现用支撑掩护式液压支架进行改造，加装支架伸缩梁，支架液压支柱全部更换为双伸缩支柱，保证工作面快速推进过程中出现局部片帮、冒顶风险时，可以在工作面未割煤前提前打出伸缩梁延长支架控顶距离，同时很好的应对该工作面的实际情况，减少因为采高变化拔节的步骤，简化了工艺流程和施工时间，有效提高生产效率。对采煤机进行加工改造，在采煤机机身上加装液压挡矸装置，通过液压调高系统保证采煤机机顶始终处于水平位置，避免煤炭抛洒伤害到采煤机下方工作人员和其他设备的安全。可以在几台液压支架中加装起吊滑轮用来抬高输送机的外沿，这样对于运煤的效率和施工工艺的优化有极大改善。可以在转载机机头加装转载机拉移抬高装置，转载机机尾安装千斤顶辅助推移装置，改善转载机大角度拉移困难问题。在支架脚踏板上安装调高装置，根据工作面仰采角度合理调整脚踏板，始终保持支架脚踏板处于平稳状态，避免职工滑到受伤。

    工作面采煤机所需装机功率包括截割电动机、牵引电动机、破碎机电动机、液压泵电动机、机载增压喷雾泵电动机等所有电动机功率总和。装机功率N与比能耗Hw和采煤机小时生产率有关：

式中：N―采煤机所需装机功率，kW；

      Qh―采煤机小时生产能力，t/h；

      Hw―截割比能耗，根据本矿井煤质硬度系数情况选取Hw=0.7。

采煤机所需装机功率N为：

  3.2优化采煤和回采工艺

    在复杂工作面的采煤工艺优化措施如下：采煤工艺主要由原来先割煤再移架改为先移架再割煤，通过掏梁窝的方式增加移动距离，减少与端面的距离来实现超前移架可以有效的管理顶板。改善采煤机的进刀方式。将传统的端部斜切进刀和中部进刀相结合，在保证工作面直率的前提下，提高回采效率，为端头拉移转载机和支护留出时间和空间。改革施工组织形式，由原来的追机作业改成分段实施，固定安全生产责任范围，实现安全生产责任到人，一旦出现安全事故和生产问题可以找到对应的责任人。液压支架工要充分发挥支架伸缩梁的作用，以达到快速控顶效果。移动液压支架是一项耗费时间且有安全隐患的作业，因此需要支架工采用带压擦顶来实现快速移动的目的。未达到移架步距的要及时伸出伸缩梁，同时注意在支架移动的过程中要逐层进行，防止工作面片帮、顶板掉渣洒落影响工作人员的安全。采煤机割煤优化，调整采煤机滑靴，将平面滑靴更换为低滑靴，导向滑靴耐磨层进行加厚处理，以达到采煤机保持水平，延长导滑靴使用寿命，保证安全回采。

        结束语

        在深水平、大地压、大仰角孤岛的复杂工作面需要采用安全开采技术来确保采煤的效率和降低开采事故的发生，通过合理配置开采机械设备和优化采煤、回采工艺达到从根本上解决复杂工作面的采煤安全问题，解决了其中存在的安全隐患，为今后类似地质条件下的煤矿安全开采有重要的借鉴意义。

        参考文献

        [1]张兴尧.工作面大倾角仰采段安全开采技术应用实践[J].山西焦煤科技,2015,39(8):31-34.

        [2]栗宜训.大倾角综采（综放）工作面安全开采技术[J].科学与管理,2011,(4):105-106,108.