刘庄煤矿171302工作面孤岛开采成功性研究
刘庄矿171302工作面在两侧都为采空区情况下，在回采过程中存在着两巷维护难、煤壁片帮严重等技术问题，严重制约着安全生产。刘庄煤矿171302工作面的成功开采，通过技术研究与开采实践，有效地解决了以上难题，为实现矿井设计生产能力1140Mt/a奠定了基础，为矿区其他矿井综采工作面回采提供了技术参考。 1 171302工作面概况 1.1 工作面概况
171302工作面位于七采区第四个回采工作面，该工作面为倾向长壁工作面，临近右面171301工作面、左面171303工作面均已回采完毕，留有7m煤柱。171302工作面轨道顺槽可采长度为759.0m，轨道顺槽13-1煤层开采底板标高约为-680.7～-589.5m；胶带顺槽可采长度为756.0m,胶带顺槽13-1煤层开采底板标高约为-678.3～-590.2m；工作面切眼长度约为100.0m（净煤壁）；工作面可采平面积为75101m2。171302工作面总体为一单斜构造，煤岩层走向为80°～90°，倾向为170°～180°，倾角为5°～9°，平均倾角为7°。 1.2 工作面地质水文情况
（1）煤层特征及其分布情况：
13-1煤层：黑色,块状为主，片状次之，少量粉末状。弱玻璃光泽，成份以暗煤为主，亮煤次之，夹有镜煤条带，为半暗—半亮型煤,内生裂隙发育,条带结构明显。
根据本工作面风巷及机巷实际揭露，13-1煤在本工作面中普遍含有1层夹矸，局部夹矸不发育，煤层厚度5.26m～5.90m（含夹矸），平均总厚度为5.56m，净厚度4.70m～5.55m，平均净煤厚为5.09m；本工作面内局部受断层影响,煤层厚度有发生局部变薄或增厚现象。煤层倾角为5°～9°，平均倾角为7°。 （2）煤层顶底板
老顶-细砂岩：灰白色,细粒砂状结构，致密，坚硬，以石英为主，长石次之，可见暗色矿物定向排列形成平行层理，分选性中等，磨圆度为次磨圆状，垂直裂隙发育，钙硅质胶结，厚度2.87m～3.23m，平均厚度为2.99m。
直接顶-泥岩：灰色，泥质结构，致密，性脆，参差状断口，局部含少量砂质。南部局部直接顶缺失，厚度0.90m～1.50m，平均厚度为1.22m。
直接底-泥岩：灰色－深灰色，泥质结构，致密，性脆，断口参差状，局部含菱铁鲕粒，分布不均，比重大。厚度8.26m～10.90m，平均厚度为9.29m。
老底-粉砂岩：粉砂岩：灰色，粉粒砂状结构，致密，坚硬，泥硅质胶结，含较多白云母片，厚度1.98m～2.67m，平均厚度为2.32m。 （3）地质构造情况
171302工作面总体为一单斜构造，煤岩层走向为80°～90°，倾向为170°～180°，倾角为5°～9°，平均倾角为7°。
本工作面北临F18断层及次生F18-
1、F18-2断层，切眼西端在北帮揭露F18-1断层，产状为300°∠75°H=3.5m，F18-1断层没有延伸到工作面内部，对工作面回采影响不大。另外，本工作面内小断层较为发育，在施工过程中实际揭露的断层有f171301-
11、f171301-
12、f171301-
14、f171301-
15、f171302-
1、f171302-
2、f171302-
3、f171302-
4、f171303-1，共揭露9条小断层，落差为0.3m～2.2m。这些断层的特点为：均为正断层，北北东走向，走向延伸短，切割层位少，断层落差小。 （4）水文条件
171302工作面切眼距基岩面最小法距为178.3m，在煤层露头防水煤柱线以下，正常情况下， 171302工作面回采不受松散层水的影响。工作面实际涌水量预计为：正常涌水量为12.3m3/h，最大涌水量为24.8m3/h。 （5）影响回采的其他因素
1、瓦斯
根据煤炭科学研究总院抚顺分院的鉴定报告，刘庄煤矿13-1煤层为煤与瓦斯突出煤层，西三采区-747m以上13-1煤层为非突出危险区域。
2、煤尘爆炸性试验
经抚顺分院所作的煤尘爆炸性鉴定报告：13-1煤火焰长度50～200mm，岩粉量为45%～70%，13-1煤煤尘有爆炸危险性。
3、煤的自燃倾向性
经抚顺分院所作的煤炭自燃倾向性鉴定报告， 13-1煤为自燃煤层。根据淮南矿井资料,其发火期为3～6个月。
4、地压
本工作面13-1煤层埋藏较深，地压较大。
5、地温
13-1煤温度与埋藏深度呈正比关系，相关性较好，根据《刘庄煤矿地质报告》及工作面掘进期间通风区实测资料，工作面掘进温度在30.0～31.1℃。 1.3 工作面设备配置情况 序号
设备名称
型号
数量
提供单位
1
液压支架
ZZ13000-27/60 61
设备管理中心
3
采煤机 SL500 1
设备管理中心
4
刮板输送机
SGZ1000/3×1000 1
设备管理中心
5
转载机
SZZ-1200/700 1
设备管理中心
6
破碎机
PLM-3500/250B 1
设备管理中心
7
乳化液泵 BRW550／31.5
3泵2箱
设备管理中心
8
喷雾泵
KPB315／16(125KW)
2泵1箱
设备管理中心
9
皮带机
DSJ-1400/2×450 2
设备管理中心
10
自动化系统
PROMOS 1
设备管理中心
11
电液控系统 蒂芬巴赫
1
设备管理中心
1.4 回采工艺技术改进
该工作面选用单一倾向长壁、后退式综合机械化采煤法，沿煤层顶板，一次采全高，自然垮落法管理顶板。
回采工艺流程为：割煤→运煤→移架→推溜。
作业制度：采用“三八制”作业，中夜班生产作业8个小时,早班检修准备8小时。 2.1 进刀方式选择
对大采高、大倾角综采工作面，设计选用采煤机双向割煤的回采工艺，该工艺在采煤机上行割煤的同时，需克服自身重力在斜面上的下行分力，使采煤机上行负载增大，削弱采煤机的切割能力，从而降低采煤机的割煤效率。为避免采煤机上行时的降效因素，该面回采中选用机尾斜切进刀、下行割煤、上行扫底煤方式。实践证明，在大采高、大倾角工作面选择机尾进刀方式，不但可提高采煤机的割煤速度和割煤效率，而且在采煤机上行扫底煤时，可加大运行速度，提高循环工作效率。 2.2 推溜方式选择
该面采用Pm31电液控系统，可实现三种推溜方式。 （1）双向邻架推溜。 （2）双向成组自动推溜。 （3）本架推溜操作。
根据该面的地质条件及工人的操作熟练程度，选择成组自动推溜，每组设置为6架，实现依次自动作，极大地提高了推溜工序效率。 2.3 移架方式选择
该面可实现四种移架方式。 （1）双向邻架控制。
（2）邻架的自动顺序联动（ASQ）控制。 （3）支架的成组自动控制。 （4）单架单动作的非自动控制。
根据该面的地质条件及工人的操作熟练程度，选用双向邻架控制，每次移一架，提高了移架工作的安全系数。 3 综采设备技术改造 3.1 采煤机
SL500型采煤机在该面使用效果良好。回采过程中改变进刀方式，变双向割煤为机尾斜切进刀、单向割煤，有效解决了大煤块过煤口堵货现象；将采煤机闭溜控制回路由开关直接改到先导回路上，彻底解决了开关误动作问题。 3.2 液压支架
ZZ13000-27/60型液压支架在使用过程中，对程序进行修改，将支架升降前后柱的超前时间量设为LOCAL（本地）控制；将抬底座动作设置为超前移架2秒，并增设油缸保持功能；对侧护板增设截止阀，分开前后侧护，提高用侧护板的调架能力；采用BRW400/31.5A型大流量乳化泵，配置“三泵两箱”、“三进两回”，解决快速移架问题。 3.3 交叉侧卸式运输机
运输机头与转载机尾搭接采用交叉侧卸式，此种搭接方式解决了因难以保证搭接高度而带回头煤和端头架高度不够而影响出煤的问题。但交叉侧卸式是运输机与转载机采用垂直硬联接，在工作面调整伪斜开采时，因伪斜角度过大而导致运输机与转载机连接处受力较大，极易开焊。为此，采取增加转载机机尾槽短槽，达到增大调节弯曲量的目的，使联接处的受力向短槽处分散，消除了开焊现象。 3.4 推移一体化
转载机与运输机头及皮带尾联为一体，推机头时，可以实现在不停机情况下转载机、皮带机尾整体前移，同时机巷皮带机实现了自动储带涨紧功能，极大提高了工作面开机率，省去了人工拉移转载机、缩皮带尾工序，实现了自动化控制。 3.5 综合自动化
该面经过技术改造，实现了综合自动化操作。
（1）工作面设备集中控制。通过Mining Master中央控制器，实现工作面运输机、转载机、泵站等单设备启停功能；实现顺序开、停机集中控制功能。
（2）监测功能。实现采煤机、刮板运输机等生产设备工况监测及告警；实现采煤机在工作面位置监测；实现乳化液泵站及皮带机工况监测。 （3）实现支架自动移架。 4 关键问题的技术处理 4.1 防片帮问题
由于该面采高大、煤层倾角大，俯采幅度达9°。因此工作面极易发生煤壁片帮。该面煤壁片帮具有明显规律。
（1）工作面来压期间易片帮。 （2）仰采时比俯采时易片帮。 （3）工作面端头比中部易片帮。
（4）支护状况不良、初撑力不足处易片帮。 （5）正断层交面处易片帮。
（6）煤层增厚、坡度增大处易片帮。
从技术上分析，煤层片帮有三个主要因素，即煤层受围岩的作用力、煤层本身抗外力能力和支架支护强度。支架与煤壁共同支撑上覆岩层，两者受力彼大此小。基于以上分析，采取了以下防止煤壁片帮的技术措施。
（1）进行来压预测、预报，加快工作面来压期间的推进速度，以减轻来压对煤壁的影响。 （2）调整工作面俯采角度为3°～5°。
（3）使支架具有良好的支撑状态和足够的初撑力。
（4）片帮时采取带压、超前拉架。减少顶板暴露的时间，在采煤机割煤后及时伸出支架伸缩梁，打开护帮板。 4.2 设备防倒防滑问题
大倾角、大功率综采设备因其外形尺寸大、重心高、重量大，其稳定性差，极易产生歪倒、下滑。为防止设备的倾倒、下滑，主要采取以下措施。 （1）采取伪斜开采，合理确定工作面的伪斜距离。
（2）调正支架稍往工作面上方斜，利用支架与输送机相互制约关系防滑。 （3）采用机尾斜切进刀方式防滑。
（4）增设支架侧护千斤顶截止阀，利用支架侧护板调整支架。 （5）采用带压移架、由下向上逐次移架的拉架顺序和操作方法。 4.3 两巷超前压力问题 回采一个多月以来，通过两巷及工作面矿压观测，该面受采动压力影响范围为：机巷0～30m，以5～20m段超前压力最大，支柱的最大承压25MPa；风巷0～50m，在5～30m范围内超前压力最大。由于超前压力的影响，两巷顶板下沉、臌底臌帮严重。经过技术分析和现场论证，两巷超前支护采取以下措施。
（1）确定两巷超前支护的长度和强度，机巷超前支护30m，风巷超前支护50m。
（2）风、机巷超前支护采用三排单体托棚支护、一梁两柱当超前支护段的压力较大时，采取一梁双柱支护。
（3）工作面在周期来压期间，必须保证支架初撑力达到要求，并且在煤壁片帮时，及时拉移超前支架护住煤壁并支护顶板。 5 经济效益比较
该面自2013年3月5日开始正式回采，截止3月31日，共计回采26天，。回采共计原煤246653吨，商品煤203093吨，实现了高产高效，并为今后同样工作面回采提供了宝贵的回采经验。
