大倾角厚煤层综放工作面高产高效技术

摘要：葛亭煤矿在230采区大倾角厚煤层综放开采过程中，对“三机”进行了改造，并且不断改进回采工艺，实现了高产高效。

关键词：大倾角   综放工作面   高产高效

葛亭煤矿是淄博矿业集团公司在济(宁)北矿区建设的第三对矿井，工业广场内布置主、副两个井筒，采用中央并列式通风，副井进风，主井回风。开采水平-386m水平，主采煤层为3煤，煤层平均厚度6.4m，采用综采放顶煤开采技术。矿井投产以来，依靠科技进步，科学管理，大力发展综采放顶煤技术，实行集中生产建设高产高效矿井，实现了一矿一区一面的生产模式，实现了高产高效。

1. 大倾角综放开采问题的提出

230采区内煤层发育较稳定，煤层厚度6.16～9.18m，平均厚度7.40m。区域内煤层倾角5°~40°，最大为40°，地质储量3951.6万t，可采储量1198.0万t，其中倾角20°以上可采储量765.4万吨，占230采区可采储量的63.9%。煤层倾角小的区域均在矿井边界，为村庄和105国道下压煤，因此势必开采大倾角煤层。由于煤层倾角较大，超过了矿现有综采“三机”设计的最大适应角度，开采期间“三机”的稳定性和防滑、防倒问题更加突出，如何才能在厚煤层大倾角长壁工作面实现集中、安全生产，保持矿井持续高产高效、稳定发展的问题摆在了我们的面前。

2. 大倾角厚煤层综放技术

结合我矿的煤层情况工作面装备情况，在借鉴了国内类似条件下开采成功的经验，对综放工作面“三机”在防倒、防滑技术进行了改造，并且改进了回采工艺，取得了较好的效果。现已回采2301和2305综放工作面，回采期间工作面没有发生倒架、挤架及输送机发生上窜下滑等现象。工作面最高月产达到13.7万吨。现以2301工作面为例详加说明。

2.1 2301综放工作面概况

2301工作面位于230采区轨道下山西翼，工作面切眼接近F6断层，其上部为-500m胶带运输大巷，下部为没有回采的2303综放工作面，工作面设计回采长度450m，工作面长度为145m。煤层厚度6.50—7.0m，平均6.66m。直接顶为深灰色的细砂岩，顶板破碎，裂隙发育，厚度为0.73~2.10m，老顶为深灰色薄层状中粒砂岩，硬度较大。煤层倾角18° —28° ,平均25°。工作面顺槽坡度15°~21 °。工作面仰斜开采。

2.2 综放工作面设备改造

2301工作面煤层倾角较大，综放工作面三机纵向稳定性问题突出，工作面设备的稳定性、防滑性对工作面是否稳产高产起着重要作用。通过调查研究，我们对采煤机、液压支架和工作面超前支护进行了改造。

2.2.1 采煤机改造

我矿原使用的采煤机是西安煤机生产的MXG350双滚筒无链牵引采煤机，适应最大坡度不超过20° ，倾角超过15° 时牵引部过轴轴承、机头部离合齿轮滑块等部位出现润滑不足的现象，机组上行困难。通过调研考察和西安煤机厂合作，逐步将原使用的采煤机MXG350采煤机过度到MG-150/375新型液压牵引双滚筒采煤机，在机体下部设置干式泵箱（三个封闭油池），内置伊顿公司产组合泵，同时将牵引电机功率由原来的50KW提高到75KW，增大采煤机牵引和爬坡能力。能适应倾角40° 以下工作面使用。

由于采煤机在割煤的过程中振动较大，仰、俯采时部分螺栓受力大，因此，常出现连接螺栓松动甚至断裂的故障。针对这一现状，采取改变连接部位、连接方式的方法，在不同的机壳对口部位采取或拉或压的受力方式固定机身，从而提高了连接强度。

2.2.2 放顶煤支架的改造

在大倾角综采工作面，由于受重力分力的作用，支架底座后部在移架过程中极易歪斜，造成支架底座与工作面运输机难以保持垂直状态，为此，提高支架自身的调架能力显得极为重要。要求工作面上部每五架安装一个防滑千斤顶，下部每十架安装一个防滑千斤顶，利用防滑千斤顶可有效阻止液压支架的下滑。为保证工作面回采过程中移动支架时一个固定支点，在工作面下端头的设立一个固定站，即把下端头三组支架连接固定在一起，进行整体移动。同时工作面上每隔十个支架安设一个千斤顶与前部输送机连接，在移架和推移输送机时起调节作用，使支架和输送机保持垂直状态。

2.2.3 研制新型端头支架与转载机、输送机合理搭接

由于地质采矿条件的变化，煤层倾角变大，工作面顺槽超前支护使用单体支柱控制难度大，改移支柱支护时间长，单体支柱稳定性差，单体支柱容易下滑、歪到等事故，严重影响工作面地生产，使综放工作面的高产高效受到了很大的影响。葛亭煤矿通过近几年的开采实践，对综放工作面回采速度的端头超前支护方式进行了改造，采用超前支架代替单体液压柱配以金属铰接顶梁进行超前支护的支护方式。超前支架能满足采煤工作面超前支护距离、支护强度及其它安全间隙的要求，并且使用快捷、有利于工作面快速推进。皮带顺槽端头支架与转载机之间有液压油缸连接，使端头支架与转载机形成一个整体，实现转载机与端头支架同步前行，防止转载机沿顺槽下滑；轨道顺槽采用一个端头支架与两架超前支架依次并排，按照超前支架、端头支架依次前移；超前支架与端头支架皆采用左、右架结构，每架的左（或右）架的有四个底座相铰接、每架的左（或右）架的有三个顶梁相铰接，可有效地提高支架的稳定性和适应性。通过对端头支护的改造，减轻了工人的劳动强度，加快了工作面的推进速度，提高了工作面的生产能力，为综放工作面的高产高效提供了保障。

2.3 回采工艺改进

回采工艺中采煤机割煤、推移输送机、移架等技术问题都对综放工作面三机的纵向稳定性起着关键性作用。因此对以有利于保持综放工作面三机纵向稳定性为目的的回采工艺改进是很有必要的。

2.3.1 工作面采取单向割煤

MG-150/375双滚筒无链牵引采煤机机牵引力增大，已经具备上行爬坡、割煤能力。割煤方式有二种：双向割煤、单向割煤， 两种方式煤循环所需时间为：

t双=（l+50）/Vg

t单=1/Vg+（1-30）/Vd

式中：1为工作面长            145m

Vg————机组割煤速度       3.6 m/min

Vd————机组空牵引速度     6 m/min

以上代入式中：

t双=54min

t单=60 min

从计算中可得出在日产量上单向采煤稍低于双向采煤，综合考虑采煤机回采方式对三机纵向稳定、顶板管理、安全生产、工作环境。尤其是能够有效防止工作面输送机下滑等方面的影响，决定采用单向割煤方式。通过实践，单向割煤有如下优点：

①机组采用单向割煤，可以防止机组下滑，有利于保持工作面三机纵向稳定性，避免采煤机双向割煤上行时由于功率不足引起的机组割煤速度慢、易下滑等现象。

②采用单向割煤时有利于工作面及时支护，合理安排各生产工序顺利进行，利于工作面顶板和端头管理，减少工作面顶板事故发生。

③采煤机下行割煤时，采落的煤块顺上侧摇臂滚下，机组上行空刀，对司机安全不构成威胁。

④单向割煤的割煤方向与风流方向一致，工作人员可位于上风侧，工作面环境好。

⑤采煤机上行时，可清理机道浮煤，有利于输送机推移。

⑥充分利用机组最大速度空载调车，减少循环时间，增加产量。

2.3.2工作面采用伪斜布置

下端头超前于上端头布置，自下而上单向推移输送机在大倾角工作面控制好刮板输送机的下滑是关键，刮板输送机机头与转载机搭接方式的确定，对控制工作面刮板输送机下滑起重要作用，我矿通过2301工作面实践，采用交叉侧卸方式有利于防止工作面刮板输送机的下滑。

交叉侧卸布置机头驱动装置与转载机之间能实现5度的转角，通过机头驱动装置与转载机间的夹角变化为0-5度，则工作面下端头超前上端头的距离，即超前量H：

H=a*b*sinα=1.5*100*sin5=13m

式中：a——支架支护宽度

b——支架个数

sinα——转载机间与输送机夹角

工作面呈伪斜布置，下端头超前上端头距离为8-13m，支架对输送机有一个向上的推力，可以抵消由于输送机自重引起的下滑力，有效阻止输送机的下滑。

根据2301综放工作面采煤工艺，采取单向割煤，要求工作面刮板输送机在采煤机上行返空刀时，单向跟机推移输送机，严禁从上端头和中部推移输送机。

2.3.3合理留设工作面下端头三角煤

工作面端部区域三角煤问题在综合机械化开采中遇到的技术问题，其成因有二：一是顺槽巷道高度低于采高，为便于运输、支护的连续性留设端部底煤；二是工作面输送机机头与顺槽内转载机机尾之间必须保持一个搭接高度即输送机卸载高度，杜绝输送机拉循环煤。工作面端部底煤的留设高度除满足输送机卸载高度要求外，其在输送机机头处，使工作面底面呈水平状态，输送机具有良好的运转条件，利于防止其下滑，同时也增加了工作面端部排头支架的稳定性，有利于防止上部支架下滑、歪到。根据2301工作面现场实际，端部留设下部三角煤长度10-15m，高度600-1000mm，可有效解决下部支架挤架、咬架问题，并有效防治支架、输送机的下滑问题。

3安全技术管理

3.1 顶板管理

根据我矿顶板为II级2类顶板，确定采用全部跨落法管理顶板，采空区随着支架前移自行跨落充填。最大空顶距4.8m；最小空顶距4.2m。

3.2 支护

①本工作面采用及时支护，即采煤机割过后及时移架，打出护帮板，移架在采煤机后5架进行，超过此距离或发生冒顶、片帮时，必须停止采煤。

②支架迎山布置。由于煤层倾角较大，顶板对支架侧向推力增大，因此支架必须迎山布置迎山角为2°—8°,班班交接验收支架支护状态。

③支架安装立柱压力表，使初撑力不低于24MPa，提高支架初撑力及稳定性。

④严格控制工作面采高，防止支架超高、支架空顶失稳造成倒架，要求工作面采高不超过2.5m。

⑤保证工作面支架直率，班班支架拉移时要拉线取直，严禁出现局部超前或落后。

⑥支架不得歪斜，架中心距偏差不得超过±100毫米，支架推移杆在底座位置适中，要求支架与输送机垂直。

3.3 移架

①移架时以少将快移为原则，采用带压擦顶移架。

②移架过程中坚持每移必调，不得出现前倾后仰，咬架现象，顶板不得出现台阶下沉，使支架经常处于良好的支护状态。

③在下端头1#和3#架顶梁间安装一顶锚固千斤顶，移下端头3个支架时，移架顺序为：先移3#架，再移1#架，此时，顶锚固千斤顶配合1#架顶梁挡矸板实现支架防倒，2#以1#、3#架为导向完成移架动作。

④移架时，作业地点上3架、下6架范围内严禁人员逗留。移架从机尾向机头方向进行。

⑤通过锚固千斤顶、大链将1#、3#架尾部连接，移3#架时通过安装的底侧推千斤顶可调整其下滑，移1#架时操作此尾锚固千斤顶控制1#架下滑，如此可使下端头3台架行成一个稳定的锚固站，控制工作面中间架下滑。

⑥升架时，同时操作底侧推千斤顶调整支架底座中心距，防止其下滑。

⑦移架的同时利用支架侧护板、操作防倒千斤顶调整支架支护状态，防止其下倒。

3.4 加强支架工况监测

由技术科矿压监测人员深入现场，对支架立柱初撑力 、支架迎山角、推运角以及输送机下滑量进行监测，上井后出表送矿领导及有关生产科室。对工作面支架工作状况作出评价，及时预报顶板周期来压情况，指导井下生产，加强顶板管理。

3.5 加强地质预报

由技术科地质人员深入工作面生产现场，对工作面顶、底板岩性，节理发育情况以及地质构造情况作出预测预报，指导工作面顶板管理；并及时作出工作面采线剖面图，以便掌握工作面煤层倾角变化情况，指导生产。

3.6 安全生产技术管理

①由于2301工作面倾角大，工作面防倒、防滑装置多，要求各种防倒、防滑的连接件必须可靠，尤其是大链连接环，连接块、各种销轴等必须按标准化安装使用。

②进行调架作业时，一切人员应在离作业地点5—10米的正常支架箱体内，以防发生事故，同时要防架间掉矸伤人。

③推溜弯曲长度不得小于15m。不得有死弯。

④工作面严格正规循环作业，执行进尺交接班制度，每刀进600毫米，不得出现多进、少进现象。

⑤合理控制工作面溜子机头超前量，严禁出现无计划调机尾现象。