大采高综采工作面扩安一体化技术应用

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　　[摘 要]本文立足于综采工作面传统安装准备时间周期长、顶板管理难度大这一生产实际，着眼于工作面安装、拆除频繁，制约矿井生产能力发挥，影响生产接替这一局面，探索综采安装新工艺、新技术，提出综采工作面安装创新应用扩安一体化施工工艺，并在1025工作面成功实施。扩安一体化这一创新成果在综采安装上更具科学性、合理性、安全性、快速性，经济可行，能够有效的保障综采工作面快速高效安装。
　　[关键词]大采高；综采；扩安一体化
　　中图分类号：TD823.97 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0033-02
　　1.前言：
　　煤炭對于现代化工业来说，发挥着重要的作用，各工业部门都在不同程度上消耗一定量的煤炭，近年来，随着我国经济的飞速发展，在煤炭开采技术方面也取得了较大的进步，但与国外发达国家相比，我国的煤炭开采技术仍然有较大差距，在采掘工艺、采掘装备、劳动组织上均有较大的提升空间，亟待技术改造与工艺创新，依靠科技创新、“四化三减”推进煤炭开采技术的不断进步。
　　2.概述：
　　袁店二井煤矿位于安徽省濉溪县与涡阳县的交界处，属淮北煤田临涣矿区，行政区划属于亳州市涡阳县。该矿于2011年12月23日投产，设计生产能力90万t、目前核定生产能力150万t，是一座现代化的综合机械化矿井；立井多水平开拓，采区式准备，长壁采煤法，综采工艺，主采72煤层与10煤层，地质构造复杂，复合型顶板。现有2个生产采区，1个准备采区；2个综采面回采。
　　煤炭开采的历史就是一部与水、火、瓦斯、煤尘、顶板等五大自然灾害做斗争的发展史，近年来，随着我国经济的飞速发展，煤炭开采技术取得了较大的进步，煤矿机械得到了长足的发展，综采工艺逐渐代替了炮采工艺。但是随着新工艺的应用同时也产生了新的问题，大采高综采工作面三机安装需要相对较大的切眼断面尺寸，给切眼施工与支护提出了更高的要求，特别是大采高综采切眼的顶板管理难度更大。因此迫切需要在综采切眼的支护与安装工艺上不断的探索、改革与创新，以求在科学的指导下获得更安全、更经济、更合理的施工工艺。
　　3.综采工作面扩安一体化应用主要内容
　　3.1工作面基本概况介绍
　　袁店二井煤矿自投产以来已回采15个工作面，综采工艺，一次采全高，选用ZY10000-24/50或ZY10000-26/56型支架，切眼要求宽度8.5m，高度3.2m左右。工作面安装准备工作基本需时3个月左右，大跨度、长时间的切眼控顶给顶板管理带来很高的要求，部分工作面在安装准备过程中还出现过安全事故。为了切实解决综采工作面安装切眼控顶面积大、时间长这一难题，通过查阅资料，反复探讨、论证，并结合本矿在综采切眼施工、安装经验的基础上，本着降低职工劳动强度、更安全、更经济的初衷，提出在综采工作面安装应用扩安一体化施工工艺，并首先在1025综采工作面实施。1025综采工作面煤层的最大厚度5.30m、最小厚度4.10m，平均煤厚4.51m。该工作面走向长275m，倾向长150m，切眼倾角3°～11°，平均9°，选用ZY10000-26/56型支架，支架长度8米。机风巷、切眼均采用锚网索支护，切眼原设计支护断面：净宽×净高=8300×3200mm。1025综采工作面切眼原支护断面如图1所示。
　　3.2 传统综采工作面安装工艺
　　综采工作面传统安装工艺：工作面系统形成后，首先对导硐切眼按照综采设备安装需要设计尺寸进行刷扩，以及硐室、车场等辅助工程施工，并拆除掘进设备，最后进行运输机、采煤机、支架等综采设备安装。
　　（1）1025工作面切眼刷大、补强支护参数如下：
　　顶板支护：采用锚杆+铁丝网+M钢带+锚索支护，锚杆规格为：Φ22×2400mm的高性能左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距900×800mm；补强锚索规格为：Φ17.8×6300mm的钢绞线，垂直顶板“三0三”布置，间排距1500×1600mm。
　　帮部支护：锚杆+塑料网+M型钢带支护，锚杆规格：Φ20×2400mm的玻璃钢树脂锚杆，间排距700×800mm。
　　补强支护：施工四排顺山挑棚进行切眼补强，挑棚采用单体配合铰接顶梁支护，一梁一柱中定位，外注式液压单体，型号：DWX45-150/110/90L（H）；铰接顶梁型号：HDJB-1200。
　　（2）施工绞车窝、钉道：
　　切眼刷大结束同时施工组装硐室、绞车硐室、铺设轨道、交换车场、安装绞车等辅助工程。切眼导硐侧与刷大侧需各钉一组轨道，分别用于运输支架与运输机。
　　（3）综采三机安装
　　所有准备工程结束，安装工作面运输机、采煤机、液压行车，以及支架安装。该工作面切眼150米长，需安装ZY10000-26/56型支架及ZTZ14500-23/48型端头支架共87架。
　　3.3传统综采工作面安装工艺存在不利因素分析
　　（1）控顶面积大：该工作面切眼宽度毛断面8.5米，长150米，切眼刷大后加上两端头控顶面积在1300m2以上，不利于顶板管理安全。
　　（2）控顶时间长：切眼刷大、绞车硐室施工、浇灌基础、绞车安装、车场铺设、掘进设备拆除等准备工程需要35天时间；准备工程结束后工作面三机安装需要35天时间。合计时间两个多月，给安全管理带来极大难度。
　　（3）准备与安装不能平行作业：切眼刷大与工作面设备安装需要顺序施工，不能平行作业，影响工作面整体安装时间，影响采掘接替。
　　（4）需要大量支护材料：切眼控顶面积大，需要较高的支护强度，导硐侧与刷大侧均需施工锚索补强以及四排顺山挑棚复合补强支护。切眼内补强支护即需要单体及铰接顶梁各600根，单体挑棚在工作面安装后需要全部回收，浪费大量的人力物力。 　　3.4综采工作面扩安一体化安装工艺
　　综采工作面安装应用扩安一体化施工工艺从基本上解决了上述问题。扩安一体化顾名思义就是综采切眼刷大与工作面三机安装工程在一定程度内平行施工，最大限度地降低综采支架安装期间切眼控顶面积与控顶时间，以达到保障安全生产的目的。扩安一体化改变了传统的综采工作面安装模式，变工作面贯通后所有准备工程完成后再进行综采设备安装为在工作面贯通后切眼刷大与综采设备安装平行作业，边刷大施工，边安装支架。切眼刷大施工超前支架安装3.5m（两架支架宽度），随安随扩，不需提前刷扩整个切眼。由于切眼刷扩后及时安装支架，故刷大切眼顶板仅施工锚杆支护取消锚索补强即满足支护强度。刷大后支护断面：净宽×净高=9200×3400mm，其余锚网支护参数与前述一致。扩安一体化支护断面图如图2所示。
　　切眼刷大与支架安装合理配合，随扩随安，补强顺山单体挑棚可大大降低使用量，只需在安装迎头切眼导硐侧打设两排加固顶板，长度20m，随着安装进度循环使用。工作面支架安装结束，最后在支架顶梁的掩护下拆除综掘机，安装工作面运输机、采煤机。扩安一体化安装、支护示意图如图3所示。
　　3.5综采工作面扩安一体化安装优缺点分析
　　（1）1025工作面采用扩安一体化进行综采三机安装，从根本上解决了切眼控顶面积大、时间长这一难题。统筹考虑支架组装、运输及切眼刷扩时间，合理劳动组织，可以基本保证切眼刷扩结束，支架运输到位，接着进行支架就位工作。所以切眼净宽9.2m距离始终不大于3.5m。
　　（2）工作面调架、安装空间更大，有利于安全操作。采用扩安一体化，切眼净宽9.2m，相较于传统安装工艺切眼净宽由8.3m增加了0.9m。支架就位后在综采支架的掩护下安装运输机与采煤机，施工空间：净宽×净高=4500×3400mm，既消除了顶板威胁，又有充分的安全操作空间。井下易发生刮碰事故，往往与相对狭小的空间有关，应用扩安一体化进行综采工作面安装，施工安全空间更大，有利于职工现场操作，保障操作人员安全。
　　（3）节省采煤机安装所需工程量。原综采工作面安装施工设计，在切眼刷大后还需要在采煤机安装地点施工深1.2m，长25m的采煤机安装硐室。应用扩安一体化工艺，工作面运输机安装后，运输机距煤壁1250mm，足够采煤机安装空间需求，因此不需再单独施工煤机安装硐室。
　　（4）节省材料投入，降低职工劳动强度。应用扩安一体化安装工艺，切眼内节省单体、铰接顶梁、铁鞋投入近600套，节省锚索、托盘、锚固剂投入300套，根据现材料价格计算，可节省投入65余万元。同时大大降低职工劳动强度与管理难度，节约人工成本30余万元。
　　（5）缩短工作面准备安装时间。通过上述分析，传统综采工作面安装工艺需要70天时间，应用扩安一体化安装工艺，切眼刷大与支架安装平行进行，可节省近一半的时间。1025工作面从2018年4月25日开始安装，6月2日安装结束，共计用时39天，大大缩短了工作面安装准备时间。
　　（5）缺点：扩安一体化迎头需在已安装支架前布置综掘机，根据综采支架与综掘机外形尺寸需要，切眼断面尺寸为：净宽×净高=9200×3400mm，较传统安装工艺切眼加宽了0.9m。虽然切眼加宽了，但是其控顶长度范围仅在3.5m以内，并且时间较短，故对顶板管理不造成安全威胁。另外，切眼刷大施工与综采支架安装就位平行作业，存在交叉施工，出现相互影响、相互制约现象，可以通过加强劳动组织管理，合理安排各工序施工时间，避免相互影响，加强设备检修，能确保安全顺利生产。
　　4.扩安一体化应用条件
　　从扩安一体化在1025工作面实际应用看，扩安一体化适用性较为广泛，刷大切眼山墙端面安全管理是迎头的安全管理重点。当切眼坡度较大时，山墙安全管理难度随之增大。结合理论并通过实践，当切眼坡度在15°以下的工作面均可以推广应用擴安一体化综采安装工艺，特别是对于顶板条件较好、能施工锚网支护的工作面更有利于扩安一体化的应用。
　　5.结束语
　　袁店二井煤矿建设周期较短，采掘接替一直处于紧张状态。另外因受地质条件限制，矿区内断层发育，纵横交错，难以布置出走向较长的工作面，工作面安装、拆除比较频繁，特别是近两年随着81采区主体巷道封闭，82采区进入开采后期阶段，每年工作面安装在4～5个，综采安装压力较大。扩安一体化技术的成功应用，从根本上解决了工作面安装准备周期较长这一难题，同时对采掘接替紧张的局面起到了一定的缓解作用，是一项可以在矿区大力推广应用的技术。
　　作者简介：张新（1976年-），男，安徽萧县人，淮北矿业集团公司袁店二井煤矿工作，工程师。
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