彬長礦區(qū)大傾角厚煤層開采實(shí)踐

苗 崢，梁則虎，劉會(huì)彬，楊 博

(彬縣煤炭有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 712000)

0 引言

彬縣煤炭有限責(zé)任公司下溝煤礦位于陜西省彬州市，隸屬于彬縣煤炭有限責(zé)任公司，行政區(qū)劃屬彬州市城關(guān)鎮(zhèn)管轄。礦井位于隴東黃土高原的東南部，南高北低，南部為溝谷切割地貌，涇河由井田北部流過，地表為涇河河灘地與臺(tái)地。井田東西長3.7～4.5 km，南北寬3.0～3.7 km，井田面積10.313 5 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量22 203.4萬t，采掘均采用國際、國內(nèi)先進(jìn)設(shè)備，機(jī)械化程度達(dá)到100%。能否實(shí)現(xiàn)礦井大傾角工作面的成功開采，將直接關(guān)系到礦井主采4#煤層工作面的布置，乃至影響礦井長遠(yuǎn)開采設(shè)計(jì)的規(guī)劃和實(shí)施。

1 工作面概況及采煤方法

1.1 工作面概況

ZF201工作面位于下溝煤礦井田南部402采區(qū)，東側(cè)為402采區(qū)3條上山巷道，西側(cè)為403采區(qū)3條上山巷道保護(hù)煤柱，北為+525大巷保護(hù)煤柱，南為待采煤體，埋深約380 m。工作面傾向長度為120 m，傾角25°～35°，平均30°，走向長度1 068 m，回采標(biāo)高+594～+689 m。4#煤層走向東西，傾向南北，平均厚度11.5 m，含夾矸3層，厚度在0.25～0.4 m之間，巖性主要為泥巖，炭質(zhì)泥巖與泥質(zhì)粉砂巖，煤層硬度f=2～3，容重1.32 t/m3。4#煤層直接頂為泥巖、薄煤、砂質(zhì)泥巖與細(xì)粉砂巖，平均厚度5～10 m，基本頂為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖，厚7～13 m，屬二級二類頂板，較易冒落，有時(shí)見0.4 m左右砂質(zhì)泥巖偽頂。4#煤層底板為鋁土質(zhì)泥巖與粉砂巖，平均厚度3～5 m，有時(shí)可見0.2 m左右炭質(zhì)泥巖偽底，遇水易膨脹。原煤發(fā)熱量平均為28 MJ/kg，其低位發(fā)熱量亦大于25.08 MJ/kg。整個(gè)工作面水文地質(zhì)條件簡單，伴隨有斷距較小的斷層發(fā)育。礦井屬高瓦斯礦井，工作面采用走向長臂后退式采煤方法，頂板管理方式為垮落法。

1.2 采煤方法

ZF201工作面煤層平均厚度11.5 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單。通過計(jì)算、比較分層開采和綜放開采，最終確定該工作面采用綜采放頂煤開采方法，綜采放頂煤開采技術(shù)主要具有以下優(yōu)點(diǎn)。

具有較強(qiáng)的適應(yīng)性：綜采放頂煤放開采沿煤層底板割煤，支架上方煤體通過放煤回收，工作面推進(jìn)受煤層厚度變化影響小[1-3]。

實(shí)現(xiàn)集約化生產(chǎn)：降低了噸煤生產(chǎn)成本，提高了工作面單產(chǎn)效率，綜放開采降低了巷道掘進(jìn)量，減少了采煤機(jī)割煤量，材料及電力消耗減少，生產(chǎn)效率提高，實(shí)現(xiàn)高效集約化生產(chǎn)。

改善了自然發(fā)火煤層的管理：綜采放頂煤與分層開采中、下分層煤層自燃防治相比，綜放開采有利于煤層自然發(fā)火的防治。

頂板控制問題：分層開采過程當(dāng)中，中、下分層頂板是人工假頂(一般在上分層開采時(shí)鋪設(shè)鐵絲網(wǎng))，受人工假頂質(zhì)量的影響，工作面頂板控制問題多。

設(shè)備壽命長：有利于設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)，延長設(shè)備的壽命。綜采放頂煤開采工作面，煤炭產(chǎn)量主要來源于頂煤，支架、采煤機(jī)和前部刮板輸送機(jī)等設(shè)備與相同產(chǎn)量的普通綜采工作面設(shè)備相比，使用時(shí)間短，過煤量少，設(shè)備使用壽命長。

2 設(shè)備選型和采煤工藝

2.1 設(shè)備選型

根據(jù)綜放工作面設(shè)備選型原則以及當(dāng)今我國大傾角綜放工作面開采設(shè)備選型現(xiàn)狀[4-6]，并結(jié)合下溝煤礦401、403采區(qū)已開采工作面使用設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)。最終確定ZF201工作面基本架選用ZF10000/18/33型放頂煤液壓支架，安設(shè)架數(shù)74架；過渡支架選用ZFG10000/19/33H型放頂煤過渡支架，安設(shè)架數(shù)6架；端頭支架選用ZFTZ20000/23/34型中置式端頭液壓支架組一組。選用MG300/700-AWD型電牽引采煤機(jī)，總功率700 kW，最大爬坡角度45°。前后刮板輸送機(jī)均選用運(yùn)輸能力為1 500 t/h、內(nèi)寬800 mm的SGZ800/400焊封底式刮板輸送機(jī)。

2.2 采煤工藝

綜采工作面的采煤工藝主要包括破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)、采空區(qū)處理、兩端頭支護(hù)等幾種工序[7-9]。

破煤：采用MG300/700-AWD型電牽引采煤機(jī)進(jìn)行破煤和落煤，破煤方式為采煤機(jī)端部斜切進(jìn)刀割煤，破落的煤體通過 SGZ800/400焊封底式刮板輸送機(jī)外運(yùn)。

移架：隨著采煤機(jī)的割煤，按順序移架，步距0.8 m，為及時(shí)支護(hù)頂板，當(dāng)采煤機(jī)前滾筒割煤完畢，在保持前滾筒2～3 m的安全距離后，隨機(jī)移架。

推前部輸送機(jī)：前部輸送機(jī)滯后采煤機(jī)后滾筒15 m以外推入，分段推入，保證輸送機(jī)呈一條直線，彎曲段不低于15 m，不出現(xiàn)急彎，以防出現(xiàn)斷鋸齒環(huán)、啞鈴銷子或溜槽錯(cuò)口。

放頂煤：兩輪順序放煤，放煤時(shí)，嚴(yán)格遵守“兩輪、順序、均勻放煤、大塊破碎”的準(zhǔn)則。

拉后部輸送機(jī)：放煤結(jié)束后，拉后部輸送機(jī)與推前部輸送機(jī)相同，分段拉回，拉后部輸送機(jī)保證其呈一條直線，不得出現(xiàn)急彎，以防出現(xiàn)斷鋸齒環(huán)、啞鈴銷子或溜槽錯(cuò)口。

3 存在的主要問題及改進(jìn)方法

大傾角工作面開采的主要問題在于運(yùn)輸機(jī)下滑和支架失穩(wěn)。而工作面液壓支架管理又是各項(xiàng)環(huán)節(jié)的重中之重，支架狀態(tài)的好壞將直接影響礦井的安全生產(chǎn)。因此，管好工作面的支架狀態(tài)既是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。運(yùn)輸機(jī)下滑，使得運(yùn)輸機(jī)進(jìn)入機(jī)道較多，不僅會(huì)造成運(yùn)輸機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接不正常，給工作面單產(chǎn)帶來困難，同時(shí)還會(huì)造成液壓支架的下滑、失穩(wěn)，導(dǎo)致工作面移架困難，增大生產(chǎn)難度，影響工作面正常生產(chǎn)。

3.1 工作面調(diào)成偽傾斜開采

為了控制運(yùn)輸機(jī)和支架在工作面推進(jìn)時(shí)下滑，礦井將ZF201工作面調(diào)成偽傾斜，即運(yùn)輸機(jī)頭超前于運(yùn)輸機(jī)尾。當(dāng)支架和運(yùn)輸機(jī)相互向前推移時(shí)，工作面的設(shè)備每移動(dòng)一個(gè)循環(huán)，就會(huì)產(chǎn)生一定量的位移，如果偽傾斜的角度合適，就能使上移量和下滑量相互抵消，從而起到控制設(shè)備下滑的作用。

將工作面調(diào)成偽傾斜，偽傾角是個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，它不僅與工作面傾角有關(guān)，還與工作面底板巖性，底板狀態(tài)以及工作面的設(shè)備有關(guān)，超前過大，工作面易片幫，威脅安全生產(chǎn)，超前少，不能控制設(shè)備下滑，所以偽傾斜距離必須根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況隨時(shí)調(diào)整。

3.2 運(yùn)輸機(jī)防滑

在進(jìn)行運(yùn)輸機(jī)防滑時(shí)，根據(jù)煤層傾角變化情況，及時(shí)觀察運(yùn)輸機(jī)頭尾位置變化，及時(shí)調(diào)整偽傾角。工作面采用單向割煤，單向移運(yùn)輸機(jī)的方式作業(yè)，即采煤機(jī)下行割煤，上行空牽，采煤機(jī)空牽時(shí)自下而上追機(jī)推移輸送機(jī)。運(yùn)輸機(jī)頭與機(jī)道轉(zhuǎn)載機(jī)搭接度必須合理，高度必須適中，以防止運(yùn)輸機(jī)帶煤渣，增大負(fù)荷，造成運(yùn)輸機(jī)下滑。為防止輸送機(jī)下滑、在工作面10#、14#、18#支架底座前安裝刮板機(jī)防滑裝置，通過十字頭、鏈條、防滑油缸、12T卸扣將支架與前刮板機(jī)溜槽進(jìn)行連接，起到溜槽防滑作用。

3.3 支架防滑防倒

支架排布：工作面開始回采時(shí)，1#～5#支架的底板保證平直，6#～15#支架及時(shí)安設(shè)防倒防滑裝置。從6#支架開始，在支架頂梁處采用連接頭及防倒千斤頂將6#支架與7#支架連接，同理將7#支架與8#支架連接，直至15#支架為止。通過防倒千斤頂?shù)耐评瓉韺?shí)現(xiàn)防倒及調(diào)架(主要包括轉(zhuǎn)軸、連桿、防倒千斤頂?shù)炔考?，轉(zhuǎn)軸可360°轉(zhuǎn)動(dòng)，采用橫銷連接防倒裝置與頂梁。

調(diào)整：在回采過程中及時(shí)調(diào)整支架狀態(tài)。工作面前部支架的穩(wěn)定是穩(wěn)定中部支架的關(guān)鍵因素之一，因有1#～15#支架為基礎(chǔ)，正常情況下，工作面剩余支架通過活動(dòng)側(cè)護(hù)板主動(dòng)防倒防滑，不安裝上述防倒千斤頂，但每架支架都留有安裝防倒、防滑裝置的連接座，以便隨時(shí)調(diào)架。

移架：采取順序移架，防止拉移支架在支撐階段時(shí)可能產(chǎn)生下滑，并使支架保持合適的迎山角，以抵消頂板下沉?xí)r的水平位移量。在移架時(shí)、使梁端距不得大于340 mm，一般在300～320 mm之間。移架時(shí)遵循帶壓擦頂移架的原則，可采取2種方法，一種方法是略降支架立柱，降低高度不大于側(cè)護(hù)板高度的1/3，再拉架；另一種方法是打開拉架手把，再降支架立柱。

局部冒頂處理：遇到架前局部冒頂，及時(shí)前移支架，并伸出前探梁緊貼煤壁進(jìn)行封堵，嚴(yán)禁架前放煤，造成支架上部懸空。若支架之間出現(xiàn)空頂時(shí)，及時(shí)調(diào)整側(cè)護(hù)板，使其緊靠相鄰的支架；空頂嚴(yán)重時(shí)，要用材料背頂，剎住縫隙；當(dāng)間隙大于300 mm時(shí)，要用鋼梁“一梁三柱”進(jìn)行支護(hù)。

測量：生產(chǎn)時(shí)，班隊(duì)長及時(shí)測量和掌握工作面的偽斜，以控制好刮板機(jī)的上竄下滑為宜，要嚴(yán)防刮板機(jī)下滑牽動(dòng)支架前梁向下歪斜引發(fā)倒架。生產(chǎn)過程中始終自工作面前端頭部開始向機(jī)尾移架，支架工在拉移支架過程中及時(shí)調(diào)整支架，使支架尾梁偏下或垂直刮板機(jī)。

檢修：根據(jù)現(xiàn)工作面支架的狀態(tài)，制定強(qiáng)有力的檢修計(jì)劃，安排專人監(jiān)督每天的檢修任務(wù)落實(shí)情況，確保支架狀態(tài)完好，防倒防滑裝置油缸動(dòng)作靈敏，機(jī)械連接裝置安全可靠。生產(chǎn)時(shí)及時(shí)調(diào)整支撐狀態(tài)不符合要求的液壓支架，支架移到位后及時(shí)調(diào)架并給足初撐力。支架工與采煤機(jī)司機(jī)相互配合，搞好工作面的工程質(zhì)量，保證頂?shù)装宓钠秸群椭Ъ?、刮板機(jī)保持一條直線。

4 結(jié)語

通過對該工作面的設(shè)備選型，采取傾斜開采，對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，增設(shè)放倒、防滑千斤頂，規(guī)范設(shè)備推移操作方式，加強(qiáng)勞動(dòng)力組織，成功對該工作面進(jìn)行了安全回采。同時(shí)取得了非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為該礦井今后的多處厚煤層大傾角工作面安全開采積累了極其寶貴的經(jīng)驗(yàn)，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提升了公司及礦井的科技創(chuàng)新競爭力，對整個(gè)彬長礦區(qū)厚煤層大傾角工作面的安全高效回采具有一定指導(dǎo)意義。