变薄区施工工艺研究与运用

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摘要：研究综采工作面变薄区的施工技术，为煤层赋存条件较多的综采工作提供更多的施工方向，缩短工作面的作业时间，在加快推进速度的基础上，更快通过变薄区。研究工作面变薄区的开采情况，采用地质构造、技术装备改造以及提升回采工艺技术等措施，充分保障工作面的单产水平。采用综采工作面变薄区施工技术后，煤矿开采周期变短，效率变高。在煤矿开采变薄区采用综采施工技术，可以有效提升开采效率，缩短开采时间，确保安全经过变薄区，为企业赢得了更大的经济效益。

关键词：综采工作面；变薄区；施工工艺

1工作面概况

某煤矿综采工作面处于西南区域，走向长度为2233m，倾向长度为140.8m，煤层结构简单稳定[1]，厚度为1.2～3.7m，平均厚度为2.9m，此煤层包含煤层变薄带，厚度为13～1.6m。综采工作面采用长壁后退采煤方法，且使用双滚筒采煤机进行割煤，割煤截深度为800mm，且采用一次性采全高方式，采用不垮落法处理顶板。工作面采用中间液压支架与过渡支架进行顶板保护，且采用为交流电牵引采煤机进行落煤，利用转载机与刮板运输机运输煤炭[2]。具体开采流程图如图1所示。由综采工作面的平面图可以看出，回采至皮带机道前7.2m时，距离落差5m的断层构造影响变薄区域剩余115m，煤层结构较为稳定，每天开采4m，40天后进入构造影响区。完成综采工作面的安装工作后，距离材料附近断层构造带变薄影响区域剩余170m，每天4m，43天之后进入构造影响区。

2综采工作面过煤层变薄区开采方案

2.1技术设备改造。为了提升电牵引采煤机的生产效率，增强采煤机在破岩期间的稳定性，企业应增加采煤机的自身重量。本采煤机的质量为42t，采用配重铁块的方法，配重质量为5.7t，有效提高了采煤机的割煤破岩效率。同时，过变薄区期间[3]，顶板压力会导致工作面煤壁出现片帮问题，需要人工处理破碎的煤块。此时应在转载机入口位置安装气动风镐，以有效吹散碎研石或煤块。除此之外，还应更换高强截齿，以有效增强采煤机的割研能力。当煤层高度低于2.4m时，应采用跟底板破顶的割煤方法，采用高强度截齿，提升破研效率。2.2超前自激振荡脉冲水射流预裂。综采工作面在过变薄区期间破岩量可以达到0.8m，采煤机出现剧烈摇摆，以致割煤效率较低，采煤机受到破岩影响出现损坏问题。之后开采人员根据综采工作面煤层底板的条件与煤层高度确定超前预裂方案，利用自激振荡脉冲水射流技术预裂改造大面积煤层[4]。通过增加煤体与岩体裂隙的方法超前预裂破碎岩体，提升割煤效率。根据煤层的实际变化情况，应在高2.4m的薄煤层区段布置钻孔，利用多功能水力预裂设备对煤层进行超前预裂。一是采用高压脉冲预裂技术，在工作面回风顺槽布置工作点，并向煤层中打一个垂直煤层走向的预裂深钻孔，长度约为120m，预留20m的保护线。打完钻孔后将预裂器推送至孔内指定位置。在检查装置安全可靠性的基础上，启动装置，由内向外水平定向切割煤层。在切割达到回风顺槽指定位置后，在孔内取出预裂器，并进行下一个孔的预裂工作。二是采用水压致裂裂化工艺，定向水平切割预裂孔，之后在孔内进行水压预裂，并在距离孔口20m进行封孔，启动装置对煤层进行超前预裂破碎[5]。2.3过变薄区施工工艺。在过综采工作面薄煤层时，为了确保安全快速的通过变薄区段，施工人员应采用单向割煤方法，且改变施工工艺，由刮板运输机机尾向机头进行割煤，待采煤机运行至机尾后再推溜子，在提升割煤破研效率的基础上防止采煤机机身的研石堆积问题，提升生产效率。

3综采工作面过煤层变薄区开采优点

首先，开采期间增加了采煤机的自身重量，可以有效确保破岩期间的稳定性，在为采煤机配置重块后，采煤机自身稳定性得到明显提升，有效确保了过变薄区割煤破岩效率[6-7]。同时，在破岩期间，采煤机减少了剧烈震动的频率，降低了设备的损坏率，节省了一定的施工成本。其次，施工人员根据地质现场条件计划性的预裂钻孔煤层，降低了岩石的硬度，避免综采设备的损伤问题，提升了回采速度，可以高效安全的通过变薄区，提高了回采速度。最后采用单向割煤方法，由刮板运输机机尾向机头进行割煤，且采煤机由机头向机尾跑空刀，待采煤机运行至机尾后推溜子，计算现场的实际割煤量，每刀可节约40min，提升了运行效率。

4综采工作面过变薄区施工安全技术分析

4.1预防顶板事故技术。一是工作人员根据地质预报信息发现变薄区域与工作面斜交，回采至变薄区域时，局部段支架顶梁上方的煤层较薄，回采期间应做好顶板及煤层厚度的探测工作，以防割煤期间出现大面积的顶煤空顶问题，防止出现支架失稳与倒架问题。二是工作面过煤层变薄期间，煤层厚度由7.8m变为3.8m，局部出现鼓包问题，此时应采用破底或破顶措施，确保工作面采高符合标准要求。三是值班人员应实时汇报煤层的厚度情况，做好顶煤的防脱落工作。四是当工作面顶煤厚度小于1m时，应采用防顶煤脱落措施。采煤机通过时只可以割底煤，以防出现空顶问题。且移架应做到一步到位，以防出现二次移架松动顶煤的问题，且在移架到位后立即升紧支架。同时，还应在工作面变薄带支架顶梁上方铺设金属网，以便管理工作面的破碎顶板。且工作面应向煤层底板推进，当出现软底板问题时应将木料垫在支架底座下方，以防支架下陷导致空顶问题。五是在过变薄带时，应做好支架的管理工作，将煤层采高控制在2m，严禁超高，且支架应保持平直，不挤、不咬。4.2防突及瓦斯安全技术。一是当采煤工作面出现瓦斯突出事故后应及时根据防突安全技术规定执行安全避灾路线。二是过变薄区时，工作人员应强化瓦斯突出的敏感性，当发现煤体硬度变化、煤面外移、瓦斯突变、煤岩自行剥落、煤层粉碎以及支架压力增加等问题时，工作面应立即停止作业，及时撤出工作人员，并向调度室汇报相关情况。4.3工作面破顶底板鼓包安全技术。第一，煤层变薄带的厚度变化较大，很容易出现底板鼓包问题，此时应确保支架的平直性，局部进行破顶处理。第二，当岩石出现鼓包问题时，工作面应采用采煤机直接截割，减少牵引速度，并采用打眼爆破的方法进行破岩。第三，当遇到黄铁矿结核时，应采用松动爆破处理措施，严禁采煤机强行截割，以免损害截齿。第四，爆破岩石鼓包应严格按照炮眼布置示意图确定炮眼位置与角度，并利用旧皮带包裹管线与电缆，以免崩坏[8-9]。第五，采煤工作面应布置三花眼，距离不得超过0.5m，且为了防止煤壁片帮问题，拉炮长度应控制在1～3m。第六，破岩应采用正向装药爆破方法，且每眼装一个水炮泥，其余段采用黄土炮泥全封，封泥长度不得小于炮眼深度的1/2。第七，应严格按照相关规定执行远距离放炮停电制度，工作面放炮时，跟班队长负责将放炮地点安排在工作面下安全口往外不少于100m的压风自救处。放炮30min后，安检员、放炮员以及队长需要做好炮点通风、瓦斯以及煤尘等情况的了解工作，确保无危险后，安检人员通知跟队班长恢复工作。第八，做好破岩段的管理工作，严格控制支架采高，以防导致挤架、咬架等现象。第九，爆破后需要认真检查爆破情况，当发现因连线不良导致拒爆问题时，应重新连线进行起爆。且严禁有炮眼处取出原放置的起爆药卷，严禁利用打眼的方法向外掏药。在处理拒爆炮眼后，工作人员应详细检查炸落的煤炭与矸石，收集未爆炸的雷管。4.4煤质管理技术。一方面，在过变薄区期间，当工作面出现岩石鼓包问题时，应强化煤质的管理勾走，指派专门捡矸石，并将其堆放在巷道帮内，且交接期间，调度室应做好矸石的集中运输与分离工作。另一方面，但工作面需要大面积破岩时，应确保矸石的集中运输，并调度平衡，做到出煤不出矸，出矸不出煤，充分保障煤炭的质量。

5结束语

某煤矿综采工作面薄煤层厚度为650～1300m，煤层长度为650m，厚度为1.3～1.6m，预计施工周期为194天，实际施工周期为160天，提前完成回采任务。相较以往的综采工作面过变薄区方法，煤矿企业调整了现场的开采技术，并及时更换了采煤机等相关设备，改变了以往循环割煤作业模式，在加快工作面推进度的基础上缩短了单循环时间，可以快速安全的通过变薄区。且这些经验为此后液压支架、采煤机等设备快速通过变薄区，提供了更多的借鉴。

作者:房利明 单位:山焦汾西曙光煤矿