大仰角大采高綜采放頂煤生產(chǎn)實(shí)踐研究

□鄭宗儒 鄭文偉 杜 昭

一、引言

110201(Ⅱ)大采高工作面是棗泉煤礦首個(gè)大仰角綜放工作面，開采煤層為井田11 采區(qū)南翼二煤層，煤層總厚6.5～8.5m，平均7.9m，煤層仰角8°～18°，平均仰角11°。工作面設(shè)計(jì)機(jī)采高度為3.8m，放頂煤高度為4.1m，采放比為3.8:4.1=1:1.08。工作面設(shè)計(jì)長度205.3m，可采長度590m。煤層直接頂以泥巖與砂巖互層，底板為2.56～6.57m 泥巖、粉粒砂巖。

二、設(shè)備選型配套

大仰角綜放工作面主要設(shè)備:采煤機(jī)，工作面前、后刮板輸送機(jī)，放頂煤液壓支架。各設(shè)備的相互空間位置關(guān)系、技術(shù)性能的適應(yīng)性和設(shè)備之間的生產(chǎn)能力配套是綜采放頂煤設(shè)備配套的重點(diǎn)問題。

110201(Ⅱ)大仰角工作面配套設(shè)備分別是MG750/1910－WD 型交流變頻電牽引采煤機(jī)，總裝機(jī)功率1910kW。ZF13000/25/43D 型四立柱支撐掩護(hù)式正四連桿大插板低位放頂煤液壓支架、ZFP13000/26/40D 型排頭支架、ZFG13000/25/43D 型過渡架、ZT25000/25/40D 型兩架一組中置式放頂煤端頭支架聯(lián)合支護(hù)工作面頂板。前后刮板輸送機(jī)均采用SGZ960/1400 型刮板輸送機(jī)，裝機(jī)功率1，400kW。

(一)采煤機(jī)特殊技術(shù)性能要素。一是因工作面仰角較大，采煤機(jī)在割煤過程中受滾筒割煤的反作用力及采煤機(jī)自重沿工作面傾向分力的合力，迫使前部刮板輸送機(jī)沿工作傾向下滑，造成每個(gè)循環(huán)的進(jìn)尺不夠，同時(shí)采煤機(jī)滾筒易割支架頂梁，損壞設(shè)備。因此在設(shè)備選型時(shí)，訂制特殊的采煤機(jī)滾筒連接套，加長200～300mm。二是因仰角及采煤機(jī)自重較大，運(yùn)行時(shí)會(huì)加大對(duì)采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)的沖擊，造成行走機(jī)構(gòu)嚴(yán)重的機(jī)械磨損。因此在設(shè)備選型時(shí)，必須加強(qiáng)采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度，并且做到在盡可能增大截割功率、牽引功率的基礎(chǔ)上，減小機(jī)身重量。

(二)刮板輸送機(jī)特殊技術(shù)性能要素。后部刮板輸送機(jī)采用軟連接，連環(huán)與拉后溜千斤進(jìn)行直接連接，由于工作面仰斜開采，軟連接使用的連環(huán)有效長度變短，需增加連環(huán)的長度，根據(jù)仰角的大小，連環(huán)個(gè)數(shù)需增加1～3 環(huán)才能保證后部刮板輸送機(jī)的正常使用。

(三)液壓支架特殊技術(shù)性能要素。一是因工作面仰角較大，采煤機(jī)在割煤過程中受滾筒割煤的反作用力及采煤機(jī)自重沿工作面傾向分力的合力，迫使前部刮板輸送機(jī)沿工作面傾向下滑，造成每個(gè)循環(huán)的進(jìn)尺不夠，同時(shí)采煤滾筒易割支架頂梁，損壞設(shè)備。因此在設(shè)備選型時(shí)，液壓支架推移十字頭加長200～300mm。二是由于工作面仰斜開采，每一個(gè)循環(huán)需進(jìn)行留底挑頂，挑頂幅度控制困難，容易造成液壓支架頂梁不接頂板，頂梁出現(xiàn)空頂現(xiàn)象，對(duì)頂板管理帶來一定難度，因此在設(shè)備配套選型時(shí)，優(yōu)先選擇鉸接頂梁式的液壓支架。

三、大仰角煤層采煤方法和采煤工藝

工作面選擇適宜的采煤方法和采煤工藝是建設(shè)安全高效礦井的關(guān)鍵。采煤方法和采煤工藝的選擇，應(yīng)根據(jù)煤層賦存條件、設(shè)備發(fā)展水平、安全管理、資源回收率等因素綜合確定。

(一)采煤方法。采用傾斜長壁綜采放頂煤方法進(jìn)行開采，全部垮落法處理采空區(qū)。根據(jù)煤層底板巖性可知，110201(Ⅱ)工作面直接底為泥巖、粉砂巖，硬度較小，易造成支架鉆底，給采場管理帶來困難，因此，決定工作面正?；夭蓵r(shí)留設(shè)400mm 底煤。

(二)采煤工藝。

1.回采工藝。包括落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)、放煤及處理采空區(qū)。主要以放頂煤工序?yàn)橹行?，割放煤工序平行作業(yè)，工藝流程:采煤機(jī)上端頭斜切進(jìn)刀→下行割煤→移架→適量放頂煤→采煤機(jī)返刀上行清浮煤(采煤機(jī)割煤至機(jī)頭后)→大量放頂煤→推前部刮板輸送機(jī)→拉后部刮板輸送機(jī)→上端頭斜切進(jìn)刀→進(jìn)入下一循環(huán)。

2.采煤機(jī)割煤方式。采煤機(jī)采用上端頭斜切進(jìn)刀，單向割煤，液壓支架及時(shí)支護(hù)頂板。

3.移架方式。分組間隔交錯(cuò)式移架，滯后采煤機(jī)左滾筒2架開始分組拉移支架，分兩組間隔1 架(2 架)依次順序拉移支架，最多滯后采煤機(jī)右滾筒5 架，同時(shí)采用先導(dǎo)控制式電液控制系統(tǒng)控制液壓支架，提高支架的拉移速度。

4.放頂煤方法。110201(Ⅱ)工作面采取一采一放，分上下兩段兩組(共6 人)兩輪次間隔順序放煤的放煤方法，放煤步距0.8m。

四、安全生產(chǎn)管理

大仰采角工作面回采安全生產(chǎn)管理尤為重要，需要從切眼設(shè)計(jì)上未雨綢繆;設(shè)備安裝上仔細(xì)認(rèn)真，采場管理上科學(xué)合理;安全保障上謹(jǐn)小慎微。

(一)大斷面異形切眼的特殊設(shè)計(jì)。大斷面異形切眼的特殊設(shè)計(jì)。一是根據(jù)液壓支架設(shè)備配套及相關(guān)文件要求，切眼凈寬為9.0m，考慮液壓支架安裝方式及以往大斷面切眼設(shè)計(jì)，切眼正中凈高定為3.3m，頂板成10°仰角，底板成5°仰角，則切眼上幫凈高為3.7m，切眼下幫凈高2.7m。二是保證支架運(yùn)輸車在傾斜巷道底板上正常行走不側(cè)滑，在切眼地坪施工過程中將老塘側(cè)2.0m 范圍施工水平地坪，將支架車實(shí)際傾斜坡度調(diào)整為3.5°。三是切眼自風(fēng)巷開口前161m 沿煤層底板掘進(jìn)，161～205m 段沿7°下坡施工與機(jī)巷貫通，一方面增加了煤巷掘進(jìn)長度，保證了巷道的快速施工，另一方面滿足了特種車輛的行駛坡度要求。

(二)設(shè)備的安裝。大仰角工作面的初采初放是否安全順利，很大程度上取決于工作面的設(shè)備安裝質(zhì)量。一是前部刮板輸送機(jī)安裝前，根據(jù)切眼仰角，提前將前部刮板輸送機(jī)墊平，保證采煤機(jī)正常挑頂。二是安裝過程中必須保證液壓支架的狀態(tài)良好，有利于工作面的初采。三是工作面支架安裝完畢后，將切眼原支護(hù)進(jìn)行一定破壞，保證直接頂老頂及時(shí)垮落，保證順利拉移液壓支架，推移前部刮板輸送機(jī)。

(三)采場的管理。

1.解決工作面層位調(diào)整的技術(shù)難題。一是控制好工作面開采層位調(diào)整，保證一定厚度的底煤，防止底板軟巖導(dǎo)致液壓支架鉆底現(xiàn)象，造成液壓支架初撐力不足，前部刮板輸送機(jī)推移困難。同時(shí)根據(jù)工作面兩巷仰角變化，提前做好層位調(diào)整。二是工作面在調(diào)整層位留底量大于挑頂量時(shí)，前部刮板輸送機(jī)機(jī)仰角大于支架底座仰角，采煤割煤過程中易割液壓支架頂梁，因此需每個(gè)循環(huán)墊平刮板輸送機(jī)，采煤機(jī)能夠正常挑頂。三是保證工作面機(jī)采高度，每個(gè)循環(huán)進(jìn)行控制，防止工作面局部采高過低，造成采煤機(jī)滾筒挑不上頂板或者采煤機(jī)不能正常通過工作面每臺(tái)液壓支架。

2.解決采煤機(jī)割液壓支架頂梁的技術(shù)難題。一是工作面回采時(shí)要求采煤機(jī)每個(gè)循環(huán)進(jìn)行挑頂，不能正常挑頂段，每兩個(gè)循環(huán)墊一次前部刮板輸送機(jī)，保證采煤機(jī)能夠正常挑頂，挑頂時(shí)盡設(shè)備的最大挑頂能力進(jìn)行挑頂，挑頂高度一般200～300mm，留底量100～200mm。采煤機(jī)司機(jī)在挑頂留底時(shí)要掌握好采煤機(jī)滾筒割煤高度，保證支架頂梁能夠與頂板接平、接實(shí)。二是當(dāng)工作面仰角較大，采煤機(jī)在割煤過程中受滾筒割煤的反作用力及采煤機(jī)自重沿工作面傾向分力的合力，迫使前部刮板輸送機(jī)沿工作傾向下滑，造成采煤機(jī)割液壓支架頂梁，同時(shí)每個(gè)循環(huán)的截割進(jìn)尺不夠，因此在采煤機(jī)割煤時(shí)，將刮板輸送機(jī)推移箱完全推出并保持一定時(shí)間的推力，確保采煤機(jī)截割深度，采煤機(jī)滾筒不會(huì)割到液壓支架頂梁。

3.液壓支架狀態(tài)調(diào)整。一是由于工作面仰角大，前部刮板輸送機(jī)沿工作面的下滑力較大，必須保證液壓支架初撐力達(dá)到要求，才能確保以液壓支架為支點(diǎn)正常推移前部刮板輸送機(jī)。二是工作面液壓支架直線符合要求，液壓支架局部不能落后，煤壁不能出現(xiàn)虧刀，保證煤壁沒有應(yīng)力集中點(diǎn)。液壓支架仰角符合規(guī)定，液壓支架保證射箭狀態(tài)，確保液壓支架接頂嚴(yán)實(shí)。三是工作面正常割煤移架時(shí)，嚴(yán)禁超前移架，減小設(shè)備配套液壓支架端面距，造成采煤機(jī)割液壓支架頂梁。當(dāng)工作面頂板破碎時(shí)，支架工根據(jù)工作面頂板情況超前帶壓擦頂移架。四是支架頂梁前端與煤壁距離控制在200mm 左右，盡量做到護(hù)幫板整體與煤壁接觸，縮小支架梁端、煤壁和護(hù)幫板之間的三角空頂面積。

4.工作面?zhèn)涡闭{(diào)整。根據(jù)工作面前后刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接情況，及時(shí)調(diào)整工作面?zhèn)涡?，一般將偽斜控制?～15m 之間。

(四)安全保障設(shè)施。一是工作面8#支架以下及前后部刮板機(jī)機(jī)頭正對(duì)卸煤點(diǎn)采用單層鋼絲繩護(hù)網(wǎng)(規(guī)格為1500mm ×2300mm，用φ12mm、80mm×80mm 的鋼絲繩)，護(hù)網(wǎng)上側(cè)利用卸扣體固定在液壓支架外側(cè)頂梁下，護(hù)網(wǎng)下側(cè)利用反光吊帶捆綁固定在電纜槽外側(cè)。二是工作面8#～120#支架沿工作面傾向在支架立柱外側(cè)頂梁下方掛設(shè)擋矸網(wǎng)(規(guī)格為6000mm ×2300mm，用φ11.5mm、100mm ×100mm 的尼龍網(wǎng))。尼龍繩擋矸網(wǎng)上側(cè)利用φ12mm 圓鋼加工的卸扣體固定在支架立柱與電纜槽之間頂梁耳子上，下部利用φ12mm 圓鋼加工的卸扣體固定在支架底座耳子和電纜槽推移耳子上，尼龍網(wǎng)與鋼絲繩擋矸網(wǎng)長邊利用反光吊帶捆綁牢固，以保證擋矸效果良好。三是采煤機(jī)通過機(jī)道內(nèi)的護(hù)網(wǎng)前，利用反光吊帶分段將尼龍擋矸網(wǎng)拉回，確保采煤機(jī)不刮護(hù)網(wǎng)。四是運(yùn)輸巷行人側(cè)皮帶下幫側(cè)全程加裝鋼筋護(hù)網(wǎng)，鋼筋護(hù)網(wǎng)尺寸為900 ×4500mm，網(wǎng)孔規(guī)格為50 ×50mm。鋼筋護(hù)網(wǎng)用8#鐵絲與H 架連接可靠，鋼筋網(wǎng)與鋼筋網(wǎng)用8#扣扣相連，扭結(jié)不少于三圈固定牢靠。五是運(yùn)輸巷加設(shè)兩道傾向金屬防護(hù)網(wǎng)，金屬護(hù)網(wǎng)規(guī)格為1500mm × 2300mm，用φ12mm、80mm×80mm 的鋼絲繩加工。兩道金屬護(hù)網(wǎng)隨著工作面回采前移。六是工作面回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷超前段沿巷道傾向掛設(shè)鋼絲繩，將超前單體液壓支柱連鎖起到防倒作用，鋼絲兩個(gè)繩頭分別用母起吊環(huán)連接在巷道兩肩窩處的錨桿上。七是風(fēng)機(jī)兩巷施工地坪時(shí)，增加防滑槽，便于行人及車輛運(yùn)輸，同時(shí)回風(fēng)巷及時(shí)除塵，防止底板積塵濕滑，引發(fā)人員傷害。

五、結(jié)語

110201(Ⅱ)大采高工作面是棗泉煤礦首個(gè)大仰角煤層綜合機(jī)械化放頂煤工作面，通過研究大仰角綜放工作面“三機(jī)”設(shè)備配套選型、采場管理、采煤方法、放頂煤工藝及安全管理等內(nèi)容，建立了比較完整的“大仰角煤層綜合機(jī)械化放頂煤開采”技術(shù)管理體系，對(duì)今后回采大仰角工作面的技術(shù)與現(xiàn)場安全管理起到了引領(lǐng)作用。

［1］馬其華，王宜泰.大仰角綜采設(shè)備適應(yīng)性改造技術(shù)研究［J］.煤炭機(jī)械，2009

［2］李廣富.大仰角雙斜綜放工作面安全開采技術(shù)研究［J］.煤礦現(xiàn)代化，2013