8103 大傾角綜采面綜合機(jī)械化開采實(shí)踐

王國強(qiáng)

（同煤集團(tuán)馬道頭煤礦，山西 大同 037104）

大傾角煤層是指煤層傾角大于35°的煤層，其在我國煤炭儲(chǔ)量中所占比例達(dá)20%左右。長期以來，由于受開采技術(shù)裝備水平影響，很多礦井優(yōu)先開采傾角較小的易采煤層，而將大傾角難采煤層作為儲(chǔ)備資源不進(jìn)行開采。近年來，在大傾角煤層開采中存在支架防倒、防滑穩(wěn)定性差，易片幫、冒頂、咬架等技術(shù)難題，要實(shí)現(xiàn)大傾角煤層安全高效開采就必須解決上述開采技術(shù)難題。同煤集團(tuán)馬道頭煤礦存在大傾角煤層，并且在正常開采地質(zhì)條件較好區(qū)域方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但綜采面回采時(shí)出現(xiàn)了不同程度的支架-圍巖事故。本文以馬道頭煤礦8103 大傾角綜采面為工程背景，對大傾角綜采面綜合機(jī)械化開采進(jìn)行研究，并提出了支架-圍巖系統(tǒng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大傾角綜采面安全、高產(chǎn)、高效開采。

1 工程概況

馬道頭煤礦8103 大傾角綜采面煤層內(nèi)生裂隙發(fā)育，易碎，平均厚度2.7 m，傾角為27～41°，采用走向長壁后退式綜合機(jī)械化采煤法。8103 綜采面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層較發(fā)育，賦存有F7、F9 和F11三條斷層，落差分別為5.2 m、2.6 m 和3.1 m。綜采面在3 個(gè)月內(nèi)僅推進(jìn)了100 m，且工作面在回采過程中曾發(fā)生嚴(yán)重片幫、冒頂事故，最大片深達(dá)3 m，最大冒高可達(dá)6 m，嚴(yán)重影響了礦井生產(chǎn)安全和推進(jìn)速度。

2 8103 大傾角綜采面開采難題分析

（1）隨工作面傾角增大，引起工作面支架對頂板的法向支撐力減小，切向下滑力增大。由于該綜采面支護(hù)系統(tǒng)失穩(wěn)的外載荷增大，導(dǎo)致工作面支架傾倒、下滑以及擠架、吸架現(xiàn)象加劇，尤其是基本頂來壓期間支架-圍巖系統(tǒng)的控制難度更加顯著。此外，采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)也有下滑的危險(xiǎn)。

（2）大側(cè)角煤層工作面底板也會(huì)出現(xiàn)破壞滑移。

（3）由于8103 綜采面礦壓較大，煤體強(qiáng)度低，節(jié)理裂隙發(fā)育，故煤壁在超前支承壓力下極易片幫。煤壁片幫使空頂面積增大，從而導(dǎo)致冒頂事故的發(fā)生，支架在冒頂區(qū)域處于弱支撐狀態(tài)或自由狀態(tài)時(shí)，支架更容易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。

（4）選用ZZS6000/17/37 型液壓支架，液壓系統(tǒng)泄漏故障普遍存在，支架工作阻力明顯不足，嚴(yán)重制約著控頂可靠性和支護(hù)質(zhì)量。

3 8103 工作面綜合機(jī)械化開采技術(shù)的實(shí)踐

3.1 8103 綜采面設(shè)備型號(hào)與參數(shù)

8103 綜采面選用ZZS6000/17/37 型支架來支護(hù)頂板。其具體支護(hù)參數(shù)見表1，主要配置設(shè)備見表2。

表1 8103 綜采面支架基本支護(hù)參數(shù)

表2 8103 綜采面主要配置設(shè)備

3.2 8103 綜采面采煤工藝

（1）8103 綜采面采用完全垮落法控制頂板，其最大控頂距為3.55 m，最小控頂距為3.05 m，煤機(jī)采用端頭斜切進(jìn)刀，斜切進(jìn)刀段長度不低于15 m，機(jī)組割煤每個(gè)循環(huán)進(jìn)度為0.5 m。

（2）采煤工藝流程：采煤機(jī)從機(jī)尾單向下行割煤到機(jī)頭后，返空刀清理底煤，往返一次進(jìn)一刀，嚴(yán)格控制上下行速度不超過2 m/min。隨采煤機(jī)上行，滯后采煤機(jī)15～20 m 及時(shí)推刮板輸送機(jī)移架，刮板輸送機(jī)彎曲不得小于15 m，刮板輸送機(jī)移直、垂直彎曲程度不得大于3°。機(jī)組前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤，利用機(jī)組滾筒葉片和輸送機(jī)鏟煤板將煤自行裝入輸送機(jī)，通過轉(zhuǎn)載機(jī)和帶式輸送機(jī)將煤運(yùn)出。

（3）割三角煤時(shí)，割煤與移架、推移刮板輸送機(jī)順序進(jìn)行。工作面局部煤厚超過支架的最大支撐高度，回采時(shí)要采取留底煤法回采，屆時(shí)制定專項(xiàng)措施報(bào)批執(zhí)行。

4 8103 綜采面支架-圍巖控制技術(shù)分析

針對8103 大傾角工作面存在的開采技術(shù)難題，提出了支架液壓系統(tǒng)故障檢測、防倒防滑裝置安設(shè)以及設(shè)備操作工藝改進(jìn)等綜合控制技術(shù)。

（1）針對支架液壓系統(tǒng)漏液問題，現(xiàn)場采用YHX 型液壓泄漏故障檢測儀對液壓故障進(jìn)行檢測。該儀器具有靈敏度高、準(zhǔn)確、直觀、防爆等優(yōu)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)微小漏液故障。其中，工作面支架液壓系統(tǒng)泄漏程度的大小可通過YHX 型液壓泄漏故障檢測儀顯示的數(shù)據(jù)來判定。液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷判據(jù)見表3 所示。

表3 液壓系統(tǒng)泄漏故障診斷判據(jù)表

（2）下端頭區(qū)域前3～5 架支架的穩(wěn)定是工作支架體穩(wěn)定的前提。8103 綜采面下端頭通過焊接防滑耳軸，并采用千斤和大鏈相互連接成一個(gè)整休，作為整個(gè)工作面支架的穩(wěn)固點(diǎn)。

（3）工作面下端頭移架時(shí)先移第2 架，并單體支柱頂住，保證支架不倒不滑。待第2 架接頂良好后，再帶壓移第1 架，并在該架下側(cè)打單體斜撐，移到位后要將防倒防滑裝置拉緊然后移第3 架，操作工藝同第2 架。

（4）工作面采用單向下行割煤，上行推溜方式，防止刮板輸送機(jī)下滑。移機(jī)頭前，在機(jī)頭正前與下幫煤之間打一斜撐單體，防止輸送機(jī)下滑。

5 現(xiàn)場試驗(yàn)效果

通過采用YHX 型液壓泄漏故障檢測儀對8103綜采面支架液壓系統(tǒng)進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)：嚴(yán)重內(nèi)串故障7 處，中等內(nèi)串故障81 處，輕微內(nèi)串故障18 處，嚴(yán)重泄漏故障5 處，中度泄漏故障7 處，輕微泄漏故障8 處。礦方根據(jù)檢測結(jié)果對液壓系統(tǒng)存在故障支架進(jìn)行了全面及時(shí)維修。

6 結(jié)論

（1）8103 綜采面為大傾角綜采面，支護(hù)系統(tǒng)失穩(wěn)的外載荷較大，支架對頂板的法向支撐力較小，切向下滑力較大，導(dǎo)致工作面支架傾倒、下滑、擠架、咬架現(xiàn)象加劇。

（2）8103 綜采面選用ZZS6000/17/37 型液壓支架，支架液壓系統(tǒng)泄漏故障普遍存在，工作阻力明顯不足，是支架-圍巖事故頻發(fā)的重要影響因素。

（3）8103 大傾角綜采面采取支架泄漏故障檢測、防倒防滑裝置安設(shè)和操作工藝改進(jìn)等綜合技術(shù)后，端面頂板冒高大于0.40 m 的冒頂頻率由76%降低到16%，煤壁片深大于0.5 m 的片幫頻率由72%降低到23%，顯著提高了支架-圍巖系統(tǒng)穩(wěn)定性。