131303综放工作面位于1水平三采区 (北中央采区) 是三采区首采综放工作面, 开采的煤层为13-1及13-1下煤层。该工作面13煤层总体为谢桥向斜南翼的单斜构造, 13煤层走向240°～300°, 倾向330°～30°, 煤层倾角3°～28°, 平均15°。13-1煤层一般含有2～3层夹矸, 顶板下0.69～1.29m发育一层0～0.5m厚的碳质泥岩夹矸, 不稳定;距顶板2.0～3.5m发育一层0～0.3m厚的碳质泥岩夹矸, 不稳定;13-1下煤层局部含有一层极其不稳定的碳质泥岩夹矸。13-1煤层与13-1下煤层的分层夹矸, 主要是黑色泥岩或碳质泥岩, 滑面发育, 含植物叶化石, 厚度0.26～0.65m, 平均0.60m。
针对新集一矿13-1煤层地质条件及矿区长远发展规划的要求, 选择合理、适用的综采放顶煤支架架型就成为综放技术能否成功的关键。在131303工作面规划前, 公司生产部及矿主要专业技术人员通过对目前国内外有关综采放顶煤液压支架的调研考察, 对131303工作面放顶煤液压支架架型提出如下要求: (1) 支架要有较高的稳定性和抗扭性能, 并配备可靠的防倒防滑系统; (2) 回收率要高, 能实现采放平等作业; (3) 工作时产生的煤尘小; (4) 有较好的仰采、俯采性能; (5) 放煤口通畅, 操作灵活可靠; (6) 保证足够的通风断面。根据以上要求, 综合多个液压支架生产厂家的对比情况, 公司选用了郑州煤机厂和北京煤机厂生产的ZF8800/19/35支撑掩护式低位放顶煤液压支架。
由于131303工作面是新集公司最近十年内中厚煤层的首采综放工作面, 在确定支架的工作阻力和支护强度时, 比拟采用了十年前新集一矿开拓四采区13煤层综采放顶煤工作面的矿压资料进行计算。
根据综放面采场力学模型建立力学公式, 则本工作面支架单位宽度上应具有的工作阻力P为:P=K (mLγm+HLγ-R-N-F)
式中:K—动载系数, 取1.8;m—顶煤厚度, 取平均厚度4.66m;L—最大控顶距, 取6.140m;γm—顶煤容重, 取1.42t/m3;H—顶板岩层垮落高度;γ—顶板岩石容重, 取2.5t/m3;R—顶板在煤壁断裂线处的摩擦阻力;N—采空区垮落矸石的支撑力;F—采空区垮落矸石和顶煤、岩石间摩擦力;考虑到支架阻力处于极限情况, 则R、N、F均取0。
式中:M—煤层全厚, 取平均值7.26m;k—采空区矸石碎胀系数, 取1.5;α—煤层倾角, 取平均值15°。
因此, P=1.8× (4.6 6×6.1 4×1.4 2+1 5×6.1 4×2.5) =487.583t/m
则支架顶梁承受的顶板载荷为:F=Pl
式中:l——顶梁最大宽度, 取1.6。
通过以上计算, 取支护强度要求最大值7645.306KN, 因此支架的工作阻力确定为8800kN/架。7645.306KN<8800KN, 即支架顶梁承受顶板载荷小于支架额定工作阻力, 该支架选型合适, 满足工作面回采需要。
为保证首放工作面一次成功并达到预期效果, 在投产前就组建了高素质的综采队伍并制定了严格的作业规程和科学合理的采煤工艺。
(1) 在生产管理上制定了如下作业规程:实行“二九一六”工作制, 两班采煤, 一班检修;工作面支架与运输机采取5°～7°伪倾斜布置, 一方面人为地减少了实际倾角, 同时又使推移装置有一倾斜向上的推力, 阻止输送机下滑;工作面设备管理要达到如下要求:采高严格控制在2300±100mm, 支架排成一条直线, 偏差±50mm, 支架中心距控制在1500±100mm, 相邻支架间支架不挤不咬, 相邻支架间的错差不超过顶梁侧护板高的2/3, 煤壁平直偏差小于100mm, 支架梁端距小于340mm, 输送机排成一直线, 50m范围内偏差小于±50mm, 弯曲段长度小于15m;每采一刀输送机上浮、下扎不超过100mm;工作面支架采用编号管理;在生产中组织检查, 发现不合格者立即纠正并对违章者进行经济处罚;上下端头和三角区的支护, 采用钢梁抬棚, 相互重叠, 一梁三柱交替迈步前移的支护形式。
(2) 工作面的采放工艺如下。工作面采用双向割煤, 单向移架, 上行割煤, 上行移架;下行割煤时, 每隔5～6架为一分段实行分段上行移架;采煤机割煤后, 立即伸出伸缩梁对顶板进行超前支护。移架前, 先检查尾梁插板与后部输送机的位置, 确保先移后部输送机再移架。移架时, 降架量不超过侧护板的2/3, 保持邻架间相互导向, 防止挤架咬架。移架后, 及时调整尾梁插板与后部输送机的位置, 保证有500mm以上的过煤空间, 并防止插板插到溜槽内卡绊刮板。采两刀放一次煤即每采1.2m放一次煤, 并采用自下而上单顺序放煤工艺。达到放煤步距后, 待后部输送机正常运转后, 才能开始放煤作业;放煤出现大块时, 可升降尾梁, 用插板挤碎大块, 但要注意防止插板卡住后部输送机;当放煤时, 严格控制放煤量, 严禁将大块矸石放出, 放煤结束后, 立即挑起尾梁, 伸出插板关闭放煤口;支架歪斜、倾倒, 架前漏顶、空顶时, 不得在该处放煤;当采放平行作业时, 放煤工作必须在采煤机前后10m以外作业。
由于选型合理, 设计先进可靠, 严格科学的现场管理及采放工艺, 使得ZF8800/19/35支撑掩护式低位放顶煤液压支架在新集一矿试生产时很快获得成功, 并取得很好的安全效益和经济效益。131303工作面在2011年7月22日开始投入试生产, 8月份工作面推进92米, 回收原煤量为17.3万吨, 回收率达到93.47%;工作面的生产能力很快就达到了百万吨以上的水平。由于131303工作面采用综采放顶煤开采方式, 矿井原煤产量得到了保障, 大大缓解了近两年矿区接替紧张的局面。
摘要：新集一矿一水平开拓三采区西翼13煤层首采工作面131303工作面煤层倾角大、煤质软、断层多, 在这种条件下实现综采放顶煤的高产高效难度较大。
关键词：大倾角软煤层,综采放顶煤,综放支架,选型及使用
