大傾角綜采面工藝技術分析及應用

魏甘霖

(潞安集團余吾煤業(yè)，山西 長治 046000)

引 言

大傾角綜采面由于設備的穩(wěn)定性差、安全性低等問題，使得開采難度較大，目前對大傾角采煤工藝的研究也較多，相比小傾角的煤層，大傾角的開采長度和推進長度都比較短，在復雜煤層中不適用綜合機械化設備進行開采，還有很多技術難題丞待解決，因此，需要技術人員不斷進行工藝改進，重視創(chuàng)新及自主開發(fā)，利用長壁采煤以及放頂煤采煤等多種技術手段，提高機械化設備的水平和開采效率，實現(xiàn)井下開采的高產高效。

1 大傾角綜采面開采難題

1.1 理論基礎不強

影響采場壓力的一個重要因素是煤層的傾角，傾角對頂板的壓力影響，如圖1所示。上覆煤層的切向力Q2隨煤層傾角的增大而增大，而垂直壓力Q1隨煤層傾角的增大而減小。采空區(qū)頂板上冒落的煤矸石沿底板滾動到工作面上，從而在煤層傾斜的方向上形成一條不均勻的充填帶，充填帶的下部密實，中部均勻，上部懸空，使工作面傾斜方向上的壓力分布以及煤層的運動都發(fā)生相應變化[1]。地質構造運動也會對煤層的頂?shù)装逶斐珊艽蟮挠绊?，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，容易出現(xiàn)冒落，由于我們對大傾角煤層壓力規(guī)律的研究和探索還在處在初級階段，對圍巖控制以及采煤工藝的設計還是建立在傾斜煤層的研究成果上，對大傾角煤層的安全開采有一定的阻礙。

圖1 傾角對頂板壓力的影響

1.2 采煤方法落后

對于急傾斜的厚煤層采用放頂煤技術，可以使用綜采設備來根據(jù)煤層地質條件選取合適采煤方法，而大傾角的煤層開采要實現(xiàn)機械化就需要選擇更高效的方法，由于大傾角煤層的開采難度較大，要實現(xiàn)安全高效的開采，就需要加強研究生產工藝過程與回風巷道布置之間的相互關系。

1.3 設備穩(wěn)定性差

由于大傾角煤層的傾角太大，在采煤過程中很難對設備進行穩(wěn)定控制，常常會出現(xiàn)采煤機無法爬坡，使?jié)L筒裝煤效果變差；液壓支架在刮板輸送機的帶動下出現(xiàn)整體下滑趨勢，且輸送機的機頭不能與轉載機的機尾進行有效連接，使輸送機及采煤機各連接件的工況變差；液壓支架出現(xiàn)各種滑、倒、咬現(xiàn)象，難以進行重新復位，工作面難以進行開采，機械化設備被壓死，影響生產，存在很大安全隱患。

由于大傾角煤層的開采存在上述多方面的問題，且綜采設備很難適應大傾角煤層的復雜變化，因此，要對大傾角煤層的開采工藝及設備進行設計，確保機械化的穩(wěn)定性，實現(xiàn)安全高效的開采。

2 大傾角綜采面開采關鍵技術

2.1 大傾角煤層圍巖控制技術

根據(jù)大傾角煤層的相關基礎理論，設計多種大范圍煤層圍巖控制方法[2]，在開采過程中，進行多區(qū)段的開采，采用柔性比較強的高強度支護技術，適當削弱每個區(qū)段內煤柱的作用，在上個區(qū)段采動完成后，當前區(qū)段的煤層與上覆煤層一起形成一個大工作面，從而進行采動作業(yè)，讓工作面上部充填不均勻和懸空的區(qū)域轉到上個區(qū)段的采空區(qū)，以延長當前工作面的充填長度，為機械化綜采設備的穩(wěn)定創(chuàng)造條件。

2.2 大傾角煤層相關布置技術

由于大傾角煤層的傾角較大，依據(jù)陡坡緩沖的原理，根據(jù)上覆煤層的活動規(guī)律，在對工作面進行推進的過程中，為了使工作面整體上移，采用偽仰斜的方法布置工作面[3]，如圖2所示，進行偽仰斜布置的具體做法是：讓機頭超前機尾5°～9°，且超前距離為10 m～21 m，以確保支架和輸送機等設備不會出現(xiàn)下滑，如果出現(xiàn)下滑，及時調整機頭超前位置，消除相應的下滑量，減小工作面的傾斜角度，使工作面上的支架和其他機械設備的下滑趨勢都有所降低，加強整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖2 工作面?zhèn)窝鲂辈贾檬疽鈭D

同時，采用非線性的頂板—降坡—底板布置方式，如圖3所示。有效地改善工作面的支架難穩(wěn)定情況，防止機械化設備的下滑，簡化工作面支護與輸送機和轉載機的配合連接，確保工作面的安全開采，為下一區(qū)段的開采提供條件。

圖3 工作面布置方式

2.3 大傾角煤層工藝控制技術

對大傾角煤層的采煤工藝進行控制，采用支架工作阻力分區(qū)域的控制技術[4]，如圖4所示。以支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制為核心，按照上部少中部足下部多的區(qū)域放頂煤控制方法，解決工作面上部傾斜區(qū)域支架載荷分布不均勻的問題，以及工作面空頂率較高的問題，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

圖4 支架工作阻力分區(qū)域控制技術

3 應用分析

在某煤礦的大傾角煤層中進行綜合化機械開采，開采工作面屬于大傾角特厚煤層，煤層厚度為7.83 m～17.04 m，平均厚度為9.98 m，煤層傾角為28°～47°，平均傾角為37°，采用多區(qū)段的開采方式，煤層的中上區(qū)段已經(jīng)采空，在工作面內形成了大范圍的多區(qū)段巖層，應用上述的支架工作阻力分區(qū)段控制方法，提高了工作面的放頂煤采出量，同時在區(qū)域圍巖控制條件下，對工作面的長度進行柔性調整，簡化了工作面增減支架的工序，加快了工作面的推進，為提高工作面采煤量創(chuàng)造條件。在采用上述技術進行開采后，工作面的產量達到60 萬t～120 萬t，且未發(fā)生安全事故。

4 結語

為了解決大傾角煤層開采難度大、設備穩(wěn)定性差等問題，給出大傾角煤層開采過程中的技術難題，針對這些難題，給出開采的關鍵技術，結果如下：

1)通過煤層圍巖控制技術進行多區(qū)段開采，延長工作面充填長度，采用偽仰斜的方法及非線性的布置方式，改善支架等設備的穩(wěn)定性，采用支架工作阻力分區(qū)域的控制技術，提高系統(tǒng)安全性。

2)在某礦井中特厚煤層中進行實際應用，工作面的產量達到60萬t～120萬t，且未發(fā)生安全事故。