大傾角松軟厚煤層大采高綜采液壓支架關(guān)鍵技術(shù)

王東攀

(天地科技股份有限公司，北京 100013)

大傾角松軟厚煤層大采高綜采液壓支架關(guān)鍵技術(shù)

王東攀

(天地科技股份有限公司，北京 100013)

大傾角松軟厚煤層大采高綜采面臨的關(guān)鍵技術(shù)難題是煤壁片幫、架前端面漏冒、設(shè)備傾倒下滑、飛矸威脅人員安全。大采高綜采條件下，常規(guī)大傾角綜采液壓支架在設(shè)備穩(wěn)定性控制和飛矸防護技術(shù)方面存在缺陷。針對以上技術(shù)難題開發(fā)了具備三級護幫板、調(diào)正裝置、支架前移自動扶正裝置、調(diào)推桿千斤頂和全封閉飛矸防護體系的液壓支架，經(jīng)現(xiàn)場實踐檢驗，具有良好的實用性和適應(yīng)性,取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益。

大傾角；大采高；液壓支架；調(diào)正裝置；前移自動扶正裝置

我國大傾角厚煤層儲量豐富，且分布廣泛。在已探明礦區(qū)中，56%的礦區(qū)均有大傾角厚煤層分布，約占煤炭總儲量的14%。目前國內(nèi)大傾角厚煤層開采方法主要有綜放開采和大采高綜采2種。大傾角綜放開采放煤期間松軟頂煤切頂線易前移，使支架頂梁上方頂煤漏空造成支架失穩(wěn)，且頂煤采出率較低、混矸率高、開采效率低、工藝復(fù)雜等問題未能得到妥善解決，綜合開采效益不佳[1-3]。

大采高綜采的經(jīng)濟安全優(yōu)勢明顯，可有效提高工作面綜合開采效益，但現(xiàn)有大傾角大采高綜采液壓支架在防治煤壁片幫、端面漏頂、溜子上竄下滑和飛矸傷人等問題的基本方法是將大傾角中厚煤層綜采技術(shù)直接移植到大傾角厚煤層開采，比如通常采用仰偽斜控制工作面刮板輸送機的下滑，但卻加劇了工作面煤壁片幫冒頂，實際應(yīng)用效果并不理想，其應(yīng)用范圍主要局限于煤層傾角不超過25°、頂板中等穩(wěn)定以上、煤體中硬以上的開采條件。液壓支架是綜采工作面實現(xiàn)高產(chǎn)高效安全的關(guān)鍵設(shè)備，要解決大傾角大采高工作面面臨的諸多難題，必須針對礦區(qū)煤層賦存特征，研發(fā)適應(yīng)松軟煤層、破碎頂板的新型大傾角大采高液壓支架。

1 工作面生產(chǎn)技術(shù)條件

四川攀枝花煤業(yè)公司大傾角厚煤層儲量達(dá)50Mt，開采煤種為國家保護性開采的優(yōu)質(zhì)主焦煤。煤層傾角平均40°，最大50°，平均煤厚5.3m。煤層硬度系數(shù)0.8，屬松軟煤層，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上部含泥巖夾矸3～5層，厚度3m，下部為2m純煤；直接頂為泥巖和炭質(zhì)泥巖，穩(wěn)定性差，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。以往使用ZQY3400/15/35普通綜采支架開采，為了防止架前漏頂，采用沿頂回采，只將上部的劣質(zhì)煤采出，下部的優(yōu)質(zhì)煤炭資源難以回收，采出率僅60%，浪費嚴(yán)重；且工作面單產(chǎn)20～30kt/月，礦井頭多面廣，安全形勢和采掘接續(xù)緊張，普通綜采制約了礦區(qū)經(jīng)濟效益。該礦區(qū)地質(zhì)條件屬大傾角松軟厚煤層，應(yīng)用一次采全高綜采面臨的關(guān)鍵技術(shù)難題是煤壁片幫、架前端面漏冒、設(shè)備傾倒下滑、飛矸威脅人員安全。針對以上難題，研發(fā)了適用于大傾角松軟厚煤層的高可靠性的液壓支架。

2 大傾角液壓支架穩(wěn)定控制裝置

2.1 厚煤層專用三級防護裝置

采高是決定煤壁穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，采高與煤壁破壞系數(shù)呈正相關(guān)性，見圖1。采高越大，煤壁越易失穩(wěn)。大傾角厚煤層采高5.3m，傾角40～50°，沿重力方向煤壁高度達(dá)到7.2～8.5m，松軟高幫煤壁控制難度更大。

圖1 采高與煤壁破壞系數(shù)回歸曲線

研究和實踐表明，煤壁片幫發(fā)生的位置一般在頂板以下1/3～1/2采高范圍，加大煤壁防護面積是控制煤壁片幫的重要途徑。傳統(tǒng)厚煤層液壓支架采用二級護幫板，護幫板總長度2.7m，支架頂梁端面距0.6m，一級護幫板與煤壁為線接觸，僅有二級護幫板與煤壁面接觸，有效護幫長度僅1.3m。為了加大煤壁有效防護面積，同時封閉梁端距空頂，研制了三級防護裝置，一級做成長度0.6m的短級，與液壓支架頂梁端面距相當(dāng)，當(dāng)未及時拉架時，一級護幫板翻平完全封閉端面頂板，同時二級和三級護幫板緊密貼合煤壁，長度2.7m，封閉了頂板以下1/2采高范圍，有效護幫面積較傳統(tǒng)厚煤層液壓支架二級護幫板增加了一倍以上，實現(xiàn)了煤壁、端面頂板全封閉，解決了煤壁垮落、空頂冒落沖擊設(shè)備和人員的難題。

2.2 支架調(diào)正裝置

大傾角液壓支架發(fā)生傾倒、下滑時，一般利用單個千斤頂斜拉對支架進(jìn)行調(diào)正，見圖2(a)。隨著工作面采高增大，該方式調(diào)架效率低下、安全無法保障。為此，研發(fā)了一種綜采液壓支架的調(diào)正裝置，在液壓支架頂梁、掩護梁和底座上分別設(shè)計調(diào)正千斤頂，見圖2(b)，缸徑100mm，側(cè)推力300kN，行程達(dá)300mm，超過側(cè)護板和底調(diào)梁千斤頂行程100mm。

圖2 常規(guī)與新大傾角液壓支架調(diào)正裝置對比

當(dāng)支架發(fā)生傾倒時，自上而下進(jìn)行調(diào)架，伸出上部相鄰支架底座調(diào)正千斤頂，收回本架底座調(diào)正千斤頂和底調(diào)梁，同時伸出本架頂梁側(cè)護板和調(diào)正千斤頂，在移架過程自動將傾倒支架調(diào)正。該裝置實現(xiàn)了重型液壓支架安全便捷調(diào)正，解決了支架傾倒、下滑難題。

2.3 支架前移自動扶正裝置和調(diào)推桿千斤頂

為了控制刮板輸送機下滑難題，一般大傾角工作面采用仰偽斜布置，但由此加大了工作面真傾角和煤壁片幫趨勢，該方式僅適用于煤層厚度小于3.5m的中厚煤層。為此，研制了支架前移自動扶正裝置，即在刮板輸送機和支架底座前端設(shè)置導(dǎo)向槽。移架時，支架底座首先與刮板輸送機中部槽導(dǎo)向裝置接觸，然后強行擺正支架，使支架與刮板輸送機始終保持垂直狀態(tài)，另外，研究液壓支架聯(lián)動技術(shù)，在推溜過程中，利用單向交替閥同時給推溜千斤頂和調(diào)推桿千斤頂供液，使調(diào)推桿千斤頂伸出,抵住移動中的支架推移桿，解決了刮板輸送機下滑難題，實現(xiàn)了大傾角工作面正傾斜布置。

2.4 支架全封閉擋矸裝置

大傾角松軟厚煤層綜采工作面煤壁片幫、端部冒頂、采煤機割煤、輸送機運煤、支架升降，都將造成飛矸，嚴(yán)重威脅人員和設(shè)備安全。傳統(tǒng)的大傾角中厚煤層液壓支架架前和架間擋矸裝置防護范圍有限，大傾角厚煤層工作面煤矸將從支架前端飛入傷人。

為此，研制了架上擋矸裝置，見圖3，安裝于支架的頂梁上，用銷軸和千斤頂控制，兩千斤頂控制架上二級擋矸板的伸縮，一架上千斤頂控制擋矸板的翻轉(zhuǎn)。利用新研制的架前擋矸裝置，結(jié)合架前、架間擋矸裝置，建立了全封閉飛矸防護體系，將大傾角工作面支架移架方式由傳統(tǒng)的自下而上逐架操作改為成組操作，實現(xiàn)多點平行作業(yè)，大大提高了工作面開采效率。

圖3 全封閉飛矸防護體系

3 工業(yè)性試驗

攀煤集團花山煤礦4238工作面斜長120m，走向長度650m，埋深500～560m，平均傾角40°，最大43°，煤層硬度系數(shù)0.8，平均采高5.1m，最大采高5.3m，配備ZY8600/26/56型兩柱掩護式液壓支架、MG550/1380型采煤機、SGZ900/2×315型刮板輸送機。

工作面采用單向下行割煤，自下而上分段跟機移架，安排支架工超前采煤機前滾筒3～5架收回護幫板和伸縮梁，待采煤機通過后，滯后采煤機后滾筒2～3架伸出護幫板和伸縮梁，一級護幫板用于臨時護頂，確保端面頂板完全封閉，研發(fā)的三級護幫板實現(xiàn)了煤壁、端面頂板全封閉，并加強了支架初撐力管理，解決了煤壁垮落、空頂冒落沖擊設(shè)備和人員的難題；利用支架調(diào)正裝置、前移自動扶正裝置和調(diào)推桿千斤頂，解決了支架傾倒下滑和刮板輸送機下滑難題，實現(xiàn)了大傾角工作面正傾斜布置；應(yīng)用全封閉擋矸裝置實現(xiàn)了割煤、移架平行作業(yè)，顯著提高了工作面生產(chǎn)效率，工作面月產(chǎn)達(dá)到72kt，資源采出率達(dá)到97%，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益。

4 結(jié) 論

針對常規(guī)大傾角綜采液壓支架在設(shè)備穩(wěn)定性控制和飛矸防護技術(shù)方面存在的缺陷，設(shè)計了具備三級護幫板、調(diào)正裝置、支架前移自動扶正裝置、調(diào)推桿千斤頂和全封閉飛矸防護體系的液壓支架，實現(xiàn)了頂板、煤壁全封閉和精準(zhǔn)調(diào)架，解決了煤壁垮落、空頂冒落沖擊設(shè)備和人員等難題，現(xiàn)場實踐檢驗表明，具有良好的實用性和適應(yīng)性,取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益。

[1]王國法.高端液壓支架關(guān)鍵技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39(4)：78-83.

[2]閆少宏，尹希文，許紅杰.大采高綜采頂板短懸臂梁-鉸接巖梁結(jié)構(gòu)與支架工作阻力的確定[J].煤炭學(xué)報，2011，36(11)：24-26.

[3]程 駿，張嚴(yán)敬.7m大采高綜采液壓支架設(shè)計及配套[J].煤礦開采，2013，18(1)：25-28.

[4]曲秋揚，王東攀.大傾角大采高工作面設(shè)備穩(wěn)定與安全控制技術(shù)研究[J].煤炭工程，2015，47(5)：61-67.

[5]袁 永，屠世浩. “三軟”大采高綜采面煤壁穩(wěn)定性及其控制研究[J].采礦與安全工程學(xué)報，2012，29(1)：21-25.

[責(zé)任編輯：徐亞軍]

神華集團大柳塔煤礦水土保持科技示范園升級為國家級

近日，通過國家相關(guān)部委動態(tài)管理和定期評估，神華集團大柳塔煤礦水土保持科技示范園升級為國家級。該示范園為全國首個以采煤沉陷區(qū)水保生態(tài)治理為主的示范園區(qū)，具有典型性與示范性。神華集團在示范園建設(shè)中，共投資1.3億元，實施水保工程35項。該園區(qū)規(guī)劃建設(shè)為“三區(qū)一核”?！叭齾^(qū)”即建設(shè)區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、公益區(qū)，“一核”即科普展示核心區(qū)。在建設(shè)區(qū)的辦公、生活小區(qū)營造公園綠地，建成園林小區(qū)，綠化率達(dá)70%以上。礦井工業(yè)區(qū)營造適生鄉(xiāng)土樹木，建成森林廠區(qū)。河道營造橡膠壩，建成濱水景區(qū)。在生產(chǎn)區(qū)統(tǒng)籌規(guī)劃，對風(fēng)沙采煤沉陷區(qū)進(jìn)行治理，治理率達(dá)到100%，并建成以沙棘為主的生態(tài)經(jīng)濟林基地25km2。利用矸石將天然溝壑填平復(fù)墾綠化，變?yōu)榫G地和良田、還地于地方政府和村民。在公益區(qū)重點實施大柳塔鎮(zhèn)移民村、周邊山地綠化和地方公路生態(tài)長廊綠化等水保工程和公益林，治理面積8.1km2，綠化里程52km。在科普展示核心區(qū)實施了水保植物示范、工程示范、產(chǎn)業(yè)示范、水保監(jiān)測、科普教育等生態(tài)科技示范工程，具備了水土保持示范與宣傳功能。

摘自：《煤炭信息》周刊2017.3.16

Hydraulic Support Key Technology of Large Mining Height Fully-mechanized Mining with Large Dip Angle and Soft Thick Coal Seam

WANG Dong-pan

(Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China)

The key technology was coal wall spalling，roof fall before support，device topple and sliding，and waste rock threaten person safety.Under large mining height fully mechanized mining，some flaws appeared in device stability and waste rock protection for normal large dip angle hydraulic support.And hydraulic support was developed for above technology problems，which include the following characters，three level face guard，coalignment，migration auto correction device，adjust push rod jack and enclosure waste rock protection system，after practical in field，it has good practicability and adaptation，obtained technical and economic benefits.

large dip angle，large mining height，hydraulic support，coalignment，migration auto correction device

2016-07-25

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.02.010

國家自然科學(xué)青年基金項目 (51304115)；國家自然科學(xué)基金面上項目(51474128)

王東攀(1978-)，男，河南南陽人，副研究員，主要從事煤礦安全高效開采、礦山壓力與巖層控制技術(shù)等方面研究工作。

王東攀.大傾角松軟厚煤層大采高綜采液壓支架關(guān)鍵技術(shù)[J].煤礦開采，2017，22(2)：37-39.

TD355.44

A

1006-6225(2017)02-0037-03