復(fù)雜耦合條件下大角度俯采技術(shù)

康 樂

（霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司辛置煤礦山西霍州 031412）

綜采工作面大角度俯采由于俯采角度大，影響了回采過程中設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)和施工工藝組織，同時(shí)工作面配套“三機(jī)”因受俯采角度限制，在回采過程中頻繁出現(xiàn)事故，嚴(yán)重制約生產(chǎn)組織及安全管理，導(dǎo)致綜采工作面大角度俯采至今仍是一個(gè)困惑采煤界的技術(shù)難題。根據(jù)綜采技術(shù)設(shè)備設(shè)置參數(shù)分析，俯角0°～12°工作面回采符合綜采設(shè)備正常操作，隨著工作面俯角不斷增大，回采過程中三個(gè)主要工序：割煤、推溜、拉架，會因俯采角度較大而帶來技術(shù)管理難度增大，并且工序間相互制約，對工作面的安全和產(chǎn)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，致使生產(chǎn)局面被動。辛置煤礦開采煤層10#煤，直接頂為9#煤、泥巖，均厚3.1 m，老頂為k2灰?guī)r，均厚8.2 m，直接底為砂質(zhì)泥巖，均厚0.8 m，老底中-細(xì)砂巖，均厚7.5 m；所回采的10-428C 工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、含兩層或三層夾矸，煤層均厚2.6 m，存在切巷傾向傾角大，工作面過斷層頂板破碎及液壓支架嚴(yán)重老化的復(fù)雜條件，開采所用主要設(shè)備為MGTY250/600-1.1WD型雙滾筒電牽引采煤機(jī)、ZY3300/16/33 型液壓支架、SGZ-764/315×2 型中雙鏈可彎曲刮板輸送機(jī)、SZZ-764/132轉(zhuǎn)載機(jī)。

1 概況

10-428C 回采工作面已安裝完畢，各生產(chǎn)系統(tǒng)已全部形成，工作面在140#～143#支架處揭露（F1H=2.4 m∠48°）正斷層，斷層走向N37°W，在機(jī)尾回風(fēng)巷處揭露（F2H=3.6 m∠67°）正斷層，斷層走向N24°W，影響工作面正常推進(jìn)。工作面切巷長度230 m，工作面煤層傾向平均傾角11°，局部最大角度19°，運(yùn)輸順槽長度748 m，軌道順槽長度944 m，巷道平均俯采角度16°，局部最大俯采角度達(dá)20°。其中1#～10#架段平均傾角16°；10#～5#架段平均傾角10°；25#～40#架段平均傾角19°；50#～62#架段平均傾角10°，104#～130#架段平均傾角11°，130#～154#架段平均傾角15°。工作面運(yùn)輸順槽與軌道順槽最大落差處52 m。工作面在回采過程中同時(shí)面臨工作面大角度俯采、煤層傾向傾角大、工作面過斷層頂板破碎、支架老化等復(fù)雜條件。

2 生產(chǎn)期間施工工藝

2.1 施工工藝改變情況

（1）改變采煤工藝。采煤機(jī)進(jìn)刀方式由原先的端部斜切進(jìn)刀改為中部斜切進(jìn)刀，保持推移回采溜子時(shí)始終從機(jī)尾向機(jī)頭方向進(jìn)行頂溜，同時(shí)拉架過程中進(jìn)行靠架操作及時(shí)調(diào)整支架架間間隙，改變支架方向等，防止支架出現(xiàn)倒架、咬架等問題。

（2）工作面調(diào)斜。當(dāng)工作面傾俯角較大時(shí)輸送機(jī)會下滑，造成輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接不上，輸送機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)拉回煤現(xiàn)象。工作面?zhèn)涡苯嵌葢?yīng)根據(jù)兩巷導(dǎo)線點(diǎn)標(biāo)高情況進(jìn)行調(diào)整，通過調(diào)斜公式計(jì)算可得回采機(jī)尾超前22 m較為合理，由于工作面兩巷標(biāo)高最大錯差45 m～52 m，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)及理論計(jì)算下端頭超前距離控制在30m 左右較為合適，同時(shí)在推進(jìn)過程中根據(jù)現(xiàn)場回采變化情況隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。工作面?zhèn)涡辈贾猛瑫r(shí)能減緩煤矸石下滑速度，防止煤矸石沖倒支架和砸傷人員。

（3）調(diào)整拉架方向。在工作面進(jìn)行調(diào)斜和改變采煤工藝基礎(chǔ)上，如輸送機(jī)仍沒有向上移動趨勢可適當(dāng)調(diào)整工作面支架方向，使支架推移梁向機(jī)頭方向傾斜2°～3°，推移輸送機(jī)過程中支架給輸送機(jī)以向上分力，促使輸送機(jī)向機(jī)頭方向移動，推移方向保持由回采機(jī)尾向回采機(jī)頭方向。

（4）回采溜槽上打壓柱。當(dāng)輸送機(jī)下傾角度較大有側(cè)翻危險(xiǎn)時(shí)必須人工進(jìn)行吊溜操作，將回采傾斜角度控制在合理角度內(nèi)；為保證支架底座與輸送機(jī)在同一平面避免輸送機(jī)被推翻，在頂溜前每隔5 架在推移梁與回采溜槽連接處打單體柱壓住回采溜槽，單體柱一端支設(shè)在支架頂梁，另一端支設(shè)在推移梁與溜槽連接處。

（5）底板臺階式俯采輔以人工臥底。局部俯采角度增大時(shí)，為減緩采煤機(jī)在回采過程中實(shí)際俯角，提高采煤機(jī)工作時(shí)穩(wěn)定性，工作面采用小臺階推進(jìn)嚴(yán)格控制采高，始終保持留有適當(dāng)?shù)酌?，煤層傾角控制在16°內(nèi)，為避免工作面破頂影響頂板管控需要提前對工作面進(jìn)行破底，同時(shí)控制減小采煤機(jī)截深。

（6）支架防倒措施。支架受自重影響，會出現(xiàn)“栽頭”、“歪斜”現(xiàn)象。主要采取的措施有：支架初撐力達(dá)標(biāo)，接頂嚴(yán)實(shí)，禁止出現(xiàn)支架頂梁上方空頂現(xiàn)象；割煤過程中，頂板割平，控制支架與支架間前梁空隙或支架錯差符合規(guī)定。

2.2過斷層施工工藝

（1）揭露斷層處為泥巖且?guī)r石較軟

施工工藝：拉架→割煤→移溜→拉架→清理浮煤

（2）揭露斷層處為砂質(zhì)泥巖、泥巖且?guī)r石較硬

施工工藝：敲幫問頂→瓦檢→打眼→瓦檢→裝藥→瓦檢→灑水→連線爆破→瓦檢→灑水→拉架→清理大塊矸石→割煤→推溜→拉架→清煤

3 設(shè)備改進(jìn)情況

3.1 刮板輸送機(jī)防滑

煤層傾角大于18°時(shí)安裝防滑千斤頂，每隔6 m裝設(shè)于支架底座一個(gè)拉拽錨固千斤頂錨固機(jī)槽，推移輸送機(jī)時(shí)千斤頂處于拉緊狀態(tài)，但推移千斤頂推力大仍能使輸送機(jī)前移但不下滑，移架時(shí)防滑千斤頂松開，移架后仍處于拉緊狀態(tài)。

圖1 刮板輸送機(jī)防滑裝置

3.2 液壓支架防倒防滑

（1）拉架操作管理。拉架時(shí)采取先將支架伸縮梁伸出頂住煤壁，同時(shí)將相鄰支架緊靠在一起，然后再采取帶壓移架措施，移架的同時(shí)慢慢收伸縮梁，制止支架前傾。拉架過程中堅(jiān)持追機(jī)作業(yè)，依次帶壓拉架，如工作面拉架、推溜困難時(shí)，為防止支架拉架滯后可適當(dāng)減小進(jìn)刀截深，避免支架前方空頂。

（2）單體柱輔助靠架。由于工作面支架老化，支架護(hù)幫板不能正常使用，推進(jìn)過程中為避免支架間隙大架間漏矸、支架倒架，需使用單體柱輔助靠架?？考苓^程中單體柱傾斜于機(jī)頭方向支設(shè)在支架前梁上，降架拉架過程中同時(shí)對單體柱緩慢注液，單體柱給支架以傾斜分力，使支架從機(jī)尾方向向機(jī)頭方向靠架。

（3）支架上方鋪網(wǎng)。工作面受斷層影響，部分區(qū)域頂板破碎嚴(yán)重，對于局部頂板破碎嚴(yán)重區(qū)域，需補(bǔ)打錨桿、錨索，加強(qiáng)支護(hù)；頂板冒落超過30cm時(shí)進(jìn)行構(gòu)頂作業(yè)，保證支架接頂嚴(yán)實(shí)。在頂板漏矸嚴(yán)重區(qū)域支架上方鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)上支架后隨支架前移向后移動，支架上方金屬網(wǎng)能有效避免支架架間漏矸，支架后方金屬網(wǎng)一方面防止老山頂板垮落矸石沖擊支架，一方面避免矸石向前竄矸。

（4）增設(shè)防滑裝置。煤層傾角和俯角較大時(shí)，支架增設(shè)防滑裝置，防滑裝置如圖所示，在靠近上下平巷處分別設(shè)標(biāo)準(zhǔn)支架作為防滑和錨固用，各支架用導(dǎo)軌-滑槽連在一起互為導(dǎo)向和防滑，同時(shí)用防倒千斤頂將支架互相拉在一起，用于防倒和一旦倒架時(shí)扶架，一般支架為三架一組相互導(dǎo)向。移架時(shí)不使用拉架-推移輸送機(jī)千斤頂，而是先由左右兩架將中問支架推出，待中問支架撐緊后再移上架最后移下架。支架組與組之間的移設(shè)順序由下向上，端頭支架一般水平裝設(shè)于上下平巷內(nèi)并有可靠錨固裝置。

圖2 支架防倒防滑裝置安裝及使用效果圖

3.3 采煤機(jī)防滑

（1）對采煤機(jī)平面滑靴進(jìn)行改造。由于工作面俯角大，為減緩采煤機(jī)向煤壁傾倒的趨勢，對采煤機(jī)平面滑靴進(jìn)行改進(jìn)，將平滑靴底板加高，適度地抬高了煤壁側(cè)的機(jī)身，使采煤機(jī)的機(jī)身向采空側(cè)旋轉(zhuǎn)一定角度，可彌補(bǔ)因俯采和平面滑靴磨損后導(dǎo)致的采煤機(jī)傾斜，減輕導(dǎo)向滑靴的磨損。根據(jù)采煤機(jī)平面滑靴與導(dǎo)向滑靴間距及傾斜角度計(jì)算可得，當(dāng)俯采角度達(dá)到20°時(shí)平面滑靴加厚7 mm，即可使采煤機(jī)傾角減小1°。

（2）對采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴進(jìn)行改造。為提高導(dǎo)向滑靴強(qiáng)度，在導(dǎo)向滑靴老山側(cè)內(nèi)側(cè)焊接耐磨層，見圖3。改造后使導(dǎo)向滑靴整體強(qiáng)度顯著提高，延長了導(dǎo)向滑靴的使用壽命，降低更換導(dǎo)向滑靴的頻率。

圖3 導(dǎo)向滑靴改進(jìn)效果及現(xiàn)場應(yīng)用示意圖

（3）在采煤機(jī)采空區(qū)一側(cè)增加配重，用以調(diào)整采煤機(jī)的重心，在俯采期間適當(dāng)調(diào)整采煤機(jī)的重心到采空側(cè)，在一定程度上降低采煤機(jī)的傾斜角度。

4 實(shí)施效果

經(jīng)過生產(chǎn)工藝改變和設(shè)備操作改進(jìn)后，工作面圓班生產(chǎn)最大達(dá)4.5刀煤，完成了傾向工作面俯采角度達(dá)到20°的回采任務(wù)，避免工作面棄面或重新布置切眼造成的煤炭資源損失，實(shí)現(xiàn)了開采復(fù)雜賦存條件下增加煤炭儲量20萬t，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益8 000萬元。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文介紹了綜采工作面在大角度俯采、煤層傾向傾角大，過斷層頂板破碎及液壓支架嚴(yán)重老化等復(fù)雜條件，在不更換原有裝備的情況下，結(jié)合工作面實(shí)際情況及現(xiàn)有設(shè)備配備情況，通過對現(xiàn)有設(shè)備及生產(chǎn)工藝、設(shè)備操作進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，減少機(jī)電事故的發(fā)生，保證生產(chǎn)組織順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)傾向工作面俯采角度達(dá)到20°的綜合機(jī)械化安全開采，有效提高了生產(chǎn)效率和煤炭資源回收率，避免了煤炭資源浪費(fèi)。