大傾角厚煤層綜放開采關(guān)鍵技術(shù)研究

米文斌

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)峪溝煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036000）

目前，煤炭資源在我國能源中占據(jù)著非常重要的地位。由于對煤炭的不斷開采，老礦井煤礦資源正在不斷枯竭，甚至部分煤礦已經(jīng)關(guān)閉。部分煤礦為了延長開采時(shí)間，采用減少產(chǎn)能的方式進(jìn)行開采。為能獲得更多的煤炭資源，現(xiàn)開始對地質(zhì)條件差以及具有較大開采難度的傾斜煤層進(jìn)行開采，甚至對傾斜角在35°～55°的煤層進(jìn)行開采。大傾角煤層工況條件相對復(fù)雜，具有較大的開采難度，這導(dǎo)致開采效率相對低下，同時(shí)也在不斷引發(fā)安全事故，因此需要對大傾角厚煤層綜放開采技術(shù)進(jìn)行研究，以解決此類型煤層的開采難問題。

1 大傾角綜放工作面巷道設(shè)計(jì)與設(shè)備布置

1.1 煤層地質(zhì)條件概述

以晉能控股煤業(yè)集團(tuán)某煤礦傾斜角厚煤層為研究對象，其角度在18°～43°之間，煤層之間的間距為66.19 m。煤層通常選用聯(lián)合分布分層的形式進(jìn)行開采，對于2 號煤層而言，其煤層厚度在2.1～4.59 m之間，平均厚度達(dá)到3.6 m；對于5 號煤層而言，其厚度在8.4～16.8 m 之間，相應(yīng)的平均厚度達(dá)到13 m。針對此，在對該煤層進(jìn)行開采時(shí)，選用一次采高綜采放頂煤工藝。

1.2 工作面巷道設(shè)計(jì)

工作面切眼通常按照煤層傾角的方向進(jìn)行設(shè)置，一般將切眼長度設(shè)定為159 m。對于回風(fēng)巷道與運(yùn)輸巷道而言，可以將其按照煤層走向設(shè)置，一般可以將回風(fēng)巷道設(shè)定在上部，而將運(yùn)輸巷道設(shè)置在下部，其高度差設(shè)定在60～80 m 的范圍內(nèi)。通常將切眼設(shè)置為偽切眼，這樣可以更好地緩解切眼傾角。對于頂板而言，可以選用全錨網(wǎng)的形式進(jìn)行支護(hù)，其規(guī)格為Φ22 mm×3 300 mm，進(jìn)行間排距1.0 m、1.0 m 的基本支護(hù)；而錨索張拉力設(shè)定為200 kN，其規(guī)格為Φ22 mm×8 300 mm，進(jìn)行間排距1.8 m、2.0 m 的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，以及錨索張拉力為250 kN，采用Φ22 mm×2 400 mm 的巷幫支護(hù)錨桿，進(jìn)行間排距0.8 m、1.0 m 的高強(qiáng)度螺紋鋼支護(hù)，錨固力為180 kN。工作面回采巷道的斷面及支護(hù)情況如表1 所示。

表1 工作面回采巷道斷面及支護(hù)

1.3 工作面設(shè)備布置

通常在切眼處設(shè)置刮板輸送機(jī)、液壓支架、采煤機(jī)三種裝置。一般情況下，刮板輸送機(jī)呈現(xiàn)為下運(yùn)的狀態(tài)。而對于運(yùn)輸巷道而言，主要設(shè)置膠帶機(jī)、裝載機(jī)、破碎機(jī)及巷道超前支架四種裝置。在超前支架前設(shè)置20 m 的單體加鉸接梁支護(hù)，而在裝載機(jī)前端設(shè)置150 m 的布置電纜以及相應(yīng)的電纜列車懸吊與拖移裝置，通常該系統(tǒng)能夠和膠帶輸送機(jī)保持平行，并將其設(shè)置在單軌吊梁上面。供液系統(tǒng)可以選用遠(yuǎn)程供液的形式，并在膠帶機(jī)頭位置設(shè)置自動(dòng)配液與反沖洗供液裝置，在運(yùn)輸巷道位置設(shè)置回液管路[1]。

2 大傾角厚煤層綜放工作面采煤關(guān)鍵工藝技術(shù)

2.1 工作面采放循環(huán)工藝

在工作面位置選用全頂鋪網(wǎng)的形式，采用單向下行的方式進(jìn)行割煤，并且以放尾煤為主要采煤工藝。通過分析煤墻軟硬情況，以一采一放或兩采一放的采煤形式進(jìn)行循環(huán)。

其工作面生產(chǎn)循環(huán)工藝：掛網(wǎng)—采煤機(jī)端尾斜切進(jìn)刀—下行割煤—分段追機(jī)移架—割通機(jī)頭—采煤機(jī)調(diào)向返刀清理浮煤—機(jī)頭向機(jī)尾方向依次頂前部刮板輸送機(jī)—后尾梁破網(wǎng)放頂煤并拉后溜—掛網(wǎng)—采煤機(jī)端尾斜切進(jìn)刀。

通?？梢詫⒐ぷ髅娓蠲焊叨瓤刂圃?.8～3.2 m 的范圍內(nèi)，而對應(yīng)的放煤高度可以設(shè)定在5.2～14.6 m 的范圍內(nèi)，對應(yīng)的采煤步距設(shè)定為0.8 m，在工作的過程中每天推進(jìn)4 刀，每天產(chǎn)煤量可以達(dá)到8 000 t。在頂端設(shè)置雙層金屬網(wǎng)，其網(wǎng)片型號設(shè)置為10 m×1.5 m，而相應(yīng)的網(wǎng)孔參數(shù)為5 cm×5 cm。將員工工作形式設(shè)定為“三八制”，也就是兩班從事生產(chǎn)，而另一班進(jìn)行檢修。一般檢修班設(shè)定在8 點(diǎn)，當(dāng)完成交接班工作后，前半個(gè)班將采用后溜放煤工作，而后半個(gè)班進(jìn)行設(shè)備的檢修。圖1 為采煤工作循環(huán)流程圖。

圖1 工作面采放循環(huán)工藝流程

2.2 幾種極端情況的原因分析和處理

2.2.1 刮板輸送機(jī)上竄

刮板輸送機(jī)出現(xiàn)上竄時(shí)，將直接導(dǎo)致卸載困難，從而導(dǎo)致拉煤刮板阻力逐漸變大，嚴(yán)重時(shí)將直接導(dǎo)致底鏈卡阻以及斷鏈?zhǔn)鹿省?/p>

原因分析：由于液壓支架尾部位置的向上傾斜角變大，支架推移加快，與前端刮板輸送機(jī)底座連接耳之間的夾角逐漸增大，這導(dǎo)致推移桿向上的分力大于下滑力，從而導(dǎo)致刮板輸送機(jī)出現(xiàn)了上竄的現(xiàn)象；切內(nèi)眼煤層傾角相對較大，由此引起工作面長度不斷變長，而當(dāng)支架不能及時(shí)調(diào)整時(shí)，相應(yīng)的刮板輸送機(jī)機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)中心之間的位置相距較遠(yuǎn)，從而出現(xiàn)了塔接不合理的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致刮板輸送機(jī)開始上竄。

調(diào)整方法：在對工作面采斜進(jìn)行調(diào)整時(shí)，往往可以選用多割機(jī)尾與少割機(jī)頭的方法，以及可以從機(jī)尾向機(jī)頭方向?qū)嵤╉斄?。在進(jìn)行調(diào)整時(shí)，往往依據(jù)溜槽塔接選擇溜槽數(shù)量。當(dāng)完成調(diào)整時(shí)，可以適當(dāng)拆除增加的溜槽，并且依據(jù)需要設(shè)置液壓支架的數(shù)量，這樣可保證斷尾頂板得到更好地支護(hù)。上竄支架調(diào)整示意圖如圖2 所示。

圖2 上竄支架調(diào)整示意圖

2.2.2 刮板輸送機(jī)下滑

當(dāng)刮板輸送機(jī)出現(xiàn)下滑時(shí)，將導(dǎo)致刮板輸送機(jī)機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)之間的距離變得更近，往往導(dǎo)致與轉(zhuǎn)載機(jī)的溜槽下幫過于接近，從而不利于卸載。此外，還可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)載機(jī)向下靠，使得超前架將與運(yùn)輸巷下煤幫過于接近，從而不利于超前架的移動(dòng)。

2.2.3 支架擠架

原因分析：切眼中間位置出現(xiàn)了液壓支架一側(cè)的支護(hù)間隙，其伸縮量為零，支架頂梁位置出現(xiàn)了擠架、不能移動(dòng)的現(xiàn)象。此外，假如切眼坡度變成下凹弧線，那么將會(huì)導(dǎo)致底座間隙大、頂梁間隙變小，這是造成支架擠架的間接原因。

調(diào)整方法：第一，遇下凹弧線時(shí)，低凹位置處往往可選用吊溜墊木料的形式，并可從低凹位置的兩端進(jìn)行調(diào)整，與此同時(shí)，可以將液壓支架側(cè)伸縮量保持在150～200 mm 的范圍內(nèi)，以使刮板送機(jī)與支架設(shè)定在直線位置；第二，對于后凹弧線而言，通?？梢赃x用采斜的形式從機(jī)尾位置向上調(diào)整機(jī)架，這樣可以更好地調(diào)整中間推進(jìn)量，從而更好地將刮板輸送機(jī)與支架設(shè)定在一條直線上；第三，在管理方面，對采煤機(jī)司機(jī)進(jìn)行工作量考核，對于構(gòu)造相對困難的工況，必須選擇整刀推進(jìn)，從而有效降低循環(huán)用刀量。凹形工作面支架調(diào)整示意如圖3 所示。

圖3 凹形工作面支架調(diào)整示意圖

2.2.4 支架傾斜甚至倒架

當(dāng)支架的傾斜角度在42°或以上，且初撐力不達(dá)標(biāo)時(shí)，可以斷定支架將會(huì)發(fā)生倒架事故。當(dāng)出現(xiàn)支架傾斜時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致工作面推進(jìn)困難，使設(shè)備發(fā)生變形，最終出現(xiàn)安全事故問題。

原因分析：若采高超過設(shè)定值，那么支架不能結(jié)頂，從而導(dǎo)致支架出現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象；當(dāng)頂煤漏冒時(shí)，會(huì)導(dǎo)致支架結(jié)頂不穩(wěn)定，從而引起支架出現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象；若底板出現(xiàn)松軟現(xiàn)象，則可能導(dǎo)致支架底座觸底不穩(wěn)定，最終因初撐力不達(dá)標(biāo)而出現(xiàn)傾斜；在進(jìn)行切眼時(shí)，底板局部遇到構(gòu)造現(xiàn)象，導(dǎo)致低煤不能保留，從而導(dǎo)致支架不穩(wěn)定。

支架傾斜調(diào)整措施：可以采用分段人工造假頂?shù)男问皆O(shè)置鋪網(wǎng)、上木料等，與此同時(shí)還需要設(shè)置長錨索吊頂；設(shè)置油缸、大鏈、防倒防滑吊裝耳等，同時(shí)設(shè)置人工向前走架，當(dāng)完成走架后，可以繼續(xù)設(shè)置防倒防滑裝置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)固定支架效果，最終防止支架下滑現(xiàn)象的出現(xiàn)。

倒架調(diào)整措施：對于工作面可以選用分?jǐn)喽螖U(kuò)切眼的形式進(jìn)行調(diào)整，而相應(yīng)的支護(hù)方式選用錨桿、錨索以及相應(yīng)的雙層金屬網(wǎng)支護(hù)；可以摘下支架推移與刮板送機(jī)之間的連接銷，進(jìn)行人工頂溜，逐一進(jìn)行扶架拉架。通常在進(jìn)行拉架的過程中，必須保證逐漸增加支架的初撐力，這樣可以有效地避免發(fā)生支架傾倒的現(xiàn)象[2]。

2.2.5 采煤機(jī)下滑

當(dāng)采煤機(jī)出現(xiàn)下滑時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致電纜拉脫以及行走部齒軌輪扳齒等事故。

原因分析：制動(dòng)器膜材片出現(xiàn)磨損，使得制動(dòng)力不足，最終導(dǎo)致采煤機(jī)出現(xiàn)下滑的現(xiàn)象；由于切眼坡度逐漸變大，采煤機(jī)上行方向的驅(qū)動(dòng)力無法滿足需要，導(dǎo)致液壓制動(dòng)配合不理想，從而導(dǎo)致采煤機(jī)出現(xiàn)下滑；當(dāng)變頻器處于不工作的狀態(tài)時(shí)，因工作人員操作液壓抱閘存在問題，從而導(dǎo)致采煤機(jī)出現(xiàn)下滑。

采取措施：對采煤機(jī)液壓制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行定期檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輕微的制動(dòng)問題時(shí)，必須查明原因，并且更換損壞的元件；當(dāng)采煤機(jī)處于坡度較大煤層且上行困難時(shí)，通?？梢赃x用人工擴(kuò)切眼的形式進(jìn)行調(diào)整；采煤機(jī)工作人員應(yīng)該嚴(yán)格按照對應(yīng)的工作流程開展工作，從而有效防止因失誤導(dǎo)致采煤機(jī)下滑問題的出現(xiàn)。

3 結(jié)語

將大傾角煤層綜采技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐中，能夠有效解決刮板輸送機(jī)上竄下滑，液壓支架擠架、傾斜，采煤機(jī)下滑等問題，同時(shí)可大大降低安全事故發(fā)生率，因此，可以對該技術(shù)進(jìn)行大量推廣應(yīng)用。但目前大傾角煤層綜采技術(shù)依然不能完全適應(yīng)工程需要，因此依舊需要工程人員結(jié)合工程實(shí)際探索出與之相適應(yīng)的綜采技術(shù)，以更好地優(yōu)化工程進(jìn)程以及降低安全事故率。