大傾角綜采工作面圍巖控制技術(shù)研究

麥新瓊

摘要：通過(guò)對(duì)支架、支護(hù)系統(tǒng)、輸送機(jī)、采煤機(jī)等工作面設(shè)備的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析研究，分析了影響工作面設(shè)備穩(wěn)定性的因素，并且在其基礎(chǔ)上提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)和控制措施。

關(guān)鍵詞：大傾角;工作面;圍巖;控制技術(shù)

我國(guó)自20世紀(jì)80年代以來(lái)，綜采技術(shù)在緩斜煤層開(kāi)采中廣泛應(yīng)用并取得高產(chǎn)高效，綜采技術(shù)逐漸向傾斜煤層和急傾斜煤層開(kāi)采拓展，開(kāi)始出現(xiàn)“大傾角煤層”稱(chēng)謂。20世紀(jì)90年代至今，“大傾角煤層”作為一個(gè)煤炭開(kāi)采的名詞術(shù)語(yǔ)頻繁出現(xiàn)，但至今尚無(wú)統(tǒng)一規(guī)范的定義。目前多數(shù)文獻(xiàn)認(rèn)為“大傾角煤層”是指埋藏傾角為35°～55°的煤層，是傾斜和急傾斜煤層的一部分。近年來(lái)，隨著我國(guó)煤炭開(kāi)采機(jī)械化程度提高，特別是大傾角工作面設(shè)備的研制成功，促進(jìn)了大傾角煤層綜采技術(shù)的發(fā)展。我們主要探討大傾角煤層工作面圍巖控制技術(shù)。

1當(dāng)前大傾角采煤設(shè)備狀況

液壓支架在自由狀態(tài)下處于失穩(wěn)狀態(tài)出現(xiàn)傾倒現(xiàn)象。當(dāng)頂梁受到鄰架約束時(shí)，也可出現(xiàn)向上倒架現(xiàn)象; 移架、調(diào)架困難。工作面下排頭支架全靠人為調(diào)整、防護(hù)，管理難度大;工作面輸送機(jī)下滑嚴(yán)重，特別是放頂煤工作面后部輸送機(jī)下滑嚴(yán)重，前移困難。輸送機(jī)溜槽與支架、采煤機(jī)連接件、導(dǎo)向件工況差。而輸送機(jī)的防滑、前移主要靠液壓支架進(jìn)行定位、調(diào)整;采煤機(jī)上行爬坡、割煤困難，裝煤效果差。

2大傾角煤層工作面圍巖控制的內(nèi)容

根據(jù)對(duì)大傾角煤層工作面頂板巖層的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及頂板運(yùn)移規(guī)律的分析，確定大傾角煤層工作面圍巖控制的主要是工作面所用的支架要有足夠支撐能力和一定的可縮量，從而能夠保證對(duì)垮落帶巖層的重量提供有效的支撐以及能更好的適應(yīng)裂隙帶巖層下沉給支架帶來(lái)的影響;其次是保證工作面的設(shè)備有足夠的抗滑抗倒能力，加強(qiáng)對(duì)工作面頂板的管理，防止工作面頂板冒頂以及煤壁片幫問(wèn)題的發(fā)生。

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，綜合機(jī)械化開(kāi)采在全國(guó)大部分煤礦中被廣泛的應(yīng)用。綜采技術(shù)能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素是合理的液壓支架選型，在綜合機(jī)械化開(kāi)采發(fā)展的初期，由于技術(shù)的不成熟，人們普遍認(rèn)為當(dāng)工作面傾角較大或者傾角超過(guò)20°時(shí)，支架就會(huì)失去穩(wěn)定，就會(huì)給綜合機(jī)械化開(kāi)采帶來(lái)很大的困難，隨著技術(shù)的不斷成熟，煤層開(kāi)采條件的復(fù)雜化、多樣化，部分礦區(qū)開(kāi)始在一些傾角較大的煤層進(jìn)行綜合機(jī)械化開(kāi)采的試驗(yàn)，相繼取得了成功，為大傾角煤層綜合機(jī)械化開(kāi)采提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

大傾角煤層由于煤層傾角相對(duì)比較大這個(gè)特殊條件，液壓支架在進(jìn)行支護(hù)時(shí)會(huì)受到兩種不同力的影響，即法向應(yīng)力和切向應(yīng)力。其中法向應(yīng)力是垂直向下的力，是對(duì)支架進(jìn)行擠壓，可以使支架能夠很好地保持穩(wěn)定性;切向應(yīng)力是對(duì)支架進(jìn)行推動(dòng)，會(huì)對(duì)支架的穩(wěn)定性造成很大的影響。

當(dāng)工作面煤層的傾角不斷增大時(shí)，法向應(yīng)力會(huì)相應(yīng)地減小，切向應(yīng)力則會(huì)隨之增大，這樣就使得支架的穩(wěn)定性受到影響而逐漸減弱，當(dāng)工作面的傾角增大到某一定值后，支架就會(huì)失去穩(wěn)定并且在控制的時(shí)候會(huì)增加很大的難度，這個(gè)傾角就稱(chēng)為工作面在進(jìn)行綜合機(jī)械化開(kāi)采時(shí)的極限傾角。

3工作面設(shè)備穩(wěn)定性研究

3.1工作面支架的穩(wěn)定性分析

在大傾角煤層工作面在進(jìn)行回采時(shí)，由于煤層傾角相對(duì)較大，支架在移架時(shí)常常發(fā)生支架下滑傾倒的問(wèn)題。影響支架的穩(wěn)定性因素主要有兩個(gè)方面：一是支架的自身因素，二是地質(zhì)和生產(chǎn)技術(shù)條件。于支架的初撐M0和工作阻M在任何情況下都為正值，因此，支架無(wú)論是處于初撐狀態(tài)還是處于工作狀態(tài)，支架的的穩(wěn)定性相對(duì)自由狀態(tài)下的好，另外適當(dāng)增加支架的寬度具有很好的抗傾倒作用。除上述之外，當(dāng)工作面發(fā)生煤壁片幫的現(xiàn)象時(shí)也會(huì)對(duì)支架的穩(wěn)定性造成很大的影響，煤壁發(fā)生片幫容易導(dǎo)致工作面頂板條件進(jìn)一步惡化，支架接頂?shù)臈l件就會(huì)相對(duì)變差，造成支架的支護(hù)性能降低。

3.2工作面輸送機(jī)穩(wěn)定性分析

大傾角煤層工作面在進(jìn)行回采時(shí)，引起工作面輸送機(jī)下滑的主要因素是輸送機(jī)本身的重力帶來(lái)的下滑。工作面由于煤層傾角相對(duì)較大，輸送機(jī)的下滑力必須保證處于最大靜摩擦力的范圍之內(nèi)，這樣才會(huì)確保輸送機(jī)在運(yùn)行時(shí)不會(huì)發(fā)生下滑現(xiàn)象，從而能夠保證工作面的正常工作。如果排除其他因素的影響，由上面的式子可以推斷出，當(dāng)工作面傾角在19°～22°的范圍內(nèi)時(shí)，輸送機(jī)不會(huì)發(fā)生下滑，當(dāng)傾角的大小超出了這個(gè)規(guī)定的范圍時(shí)，輸送機(jī)在工作時(shí)就會(huì)出現(xiàn)下滑現(xiàn)象，工作面的傾角越大，輸送機(jī)下滑程度就越劇烈。因此大傾角煤層工作面在進(jìn)行回采時(shí)應(yīng)采取有效的防滑措施來(lái)防止輸送機(jī)在工作時(shí)出現(xiàn)下滑現(xiàn)象。

3.3工作面采煤機(jī)穩(wěn)定性分析

在大傾角煤層工作面，當(dāng)采煤機(jī)采用上行割煤方式進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，采煤機(jī)不僅會(huì)受到自身重力傾向分力的影響，同時(shí)還會(huì)受到滾筒在割煤時(shí)煤體阻力的雙重影響，采煤機(jī)上行困難，當(dāng)采煤機(jī)所受的雙重作用力大于其牽引力時(shí)，采煤機(jī)就會(huì)出現(xiàn)下滑的現(xiàn)象;當(dāng)采煤機(jī)采用下行割煤方式進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，采煤機(jī)電纜會(huì)出現(xiàn)急速下滑現(xiàn)象，如果不采取有效的技術(shù)措施，極易發(fā)生安全事故。因此，在進(jìn)行大傾角煤層開(kāi)采時(shí)，必須對(duì)采煤機(jī)采取一系列有針對(duì)性的防滑技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)工作面的安全高效生產(chǎn)。

4來(lái)壓期間的圍巖控制

4.1初次來(lái)壓期間圍巖控制

基本頂初次來(lái)壓對(duì)回采工作面的影響較大，因此，必須掌握初次來(lái)壓步距的大小和規(guī)律，積極采取相應(yīng)的安全措施。在來(lái)壓期間圍巖控制具體措施有：（1）初次來(lái)壓期間，安排專(zhuān)業(yè)小組對(duì)放頂期間的頂板管理工作進(jìn)行指導(dǎo)。（2）對(duì)工作面工程的質(zhì)量必須嚴(yán)格管理，加強(qiáng)工作面支護(hù)質(zhì)量以及頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果要認(rèn)真進(jìn)行分析處理并及時(shí)反饋到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，便于回踩工作面在遇到問(wèn)題時(shí)能夠采取有效的處理措施。（3）必須確保泵站壓力，保證工作面液壓支架的初撐力。（4）機(jī)電設(shè)備必須加強(qiáng)維護(hù)，保證回采工作面在來(lái)壓期間設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，確保工作面可以迅速安全的通過(guò)來(lái)壓區(qū)。（5）在初次放頂期間，對(duì)頂?shù)装宄鏊闆r要進(jìn)行密切的觀察，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)匯報(bào)并進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時(shí)保證排水系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。（6）切實(shí)加強(qiáng)頂板管理，來(lái)壓期間可以采用帶壓擦頂方式移架，及時(shí)超前移架支護(hù)頂板，頂板破碎時(shí)可以在支架頂梁上托木料加強(qiáng)支護(hù)。

4.2周期來(lái)壓期間圍巖控制

工作面周期來(lái)壓是由于基本頂裂隙帶巖層周期性失穩(wěn)而引起的頂板來(lái)壓現(xiàn)象。對(duì)周期來(lái)壓前的預(yù)兆進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)判和確定來(lái)壓步距是預(yù)防基本頂周期來(lái)壓頂板事故的重要方法。

5 結(jié)束語(yǔ)

大傾角綜采工作面開(kāi)采圍巖控制技術(shù)是大傾角采煤開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)之一，采用科學(xué)合理的綜采設(shè)備并采取一定的措施，是確保大傾角煤層開(kāi)采的關(guān)鍵。

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