大倾角煤层开采的特点及安全防护技术
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摘要:从煤炭资源的分布来看,我国大倾角煤层储量大约占煤炭总储量的14.05％,对大倾角煤层的开采在我国越来越受到重视。本文首先介绍了大倾角煤层开采的特点,然后详细介绍了大倾角采煤工作面的管理难点与安全防护。
关键词:大倾角煤层 开采 防护技术
中图分类号:TU723.3 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)09(c)-0100-01
煤层形成初期呈水平状态,以后成为大倾角煤层,必然经历了较强烈的或多次的地质构造变动。因此,一般在大倾角煤层地区,断层和褶曲多,煤层倾角和厚度变化大,煤层及其围岩节理发育,性脆易冒落。以往我国的矿压研究大多是针对缓倾斜煤层进行的,对大倾角煤层的研究较少。随着开采深度的日益加大,大倾角煤层开采的技术问题将更加突出。
1 大倾角煤层开采的特点
煤层倾角是影响采场矿山压力的因素之一。煤层倾角大,开采困难,所以开采大倾角煤层的矿井多采用上山阶段分区式开拓,并且阶段垂高和斜长也比较小。开采大倾角煤层时,垂直岩层层面的作用力减小,沿层面方向的力加大。巷道易发生鼓帮、片落,支架棚腿易内移、折损。护巷煤柱沿倾斜的尺寸可以比缓倾斜煤层小,但煤柱易片落。大倾角煤层工作面支架受垂直压力较小,但支架稳定性差,容易倾倒,必须采取措施防止滑滚物体伤害人员、砸坏设备以及冲倒支架。
由于垂直层面的作用力小,在顶板岩性相同的条件下,大倾角煤层工作面采过之后,其顶板比缓倾斜煤层顶板难以冒落,所以大倾角工作面可以加大控顶距和放顶步距。开采大倾角煤层,上部垮落的矸石会自动向下滑滚,充填下部的采空区,因此工作面附近基本顶一般不会折断,可以避免周期来压对工作面的威胁。然而,如果工作面后方采空区不能及时被垮落矸石充填,则不论是工作面的初次来压或周期来压,都可能在没有明显移动和下沉的情况下,突然发生大面积垮落,因此要特别注意防止这类事故的发生。
因为倾角大,不仅顶板冒落,底板也可能滑脱,尤其是倾角大、底板不稳固时，要注意采取措施控制底板,如一些矿井加设底梁。工作面倾角大时,采空区垮落的矸石会从上部自动向下滑滚,能对下部采空区起到充填作用。因此,开采大倾角煤层时,垮落带、裂隙带和下沉带的分布情况与缓倾斜煤层相反。大倾角煤层回采后,不仅顶板发生垮落,而且底板也可能发生移动和塌落。大倾角煤层群的开采顺序,不仅可以采用自上而下的下行开采顺序,也可以采用自下而上的上行开采顺序。
开采大倾角煤层时,井下沿倾斜向上的运输困难而且复杂。落煤机械对大倾角工作面的适应性差,顶板管理和工作面支护机械化难度大。因此,目前大倾角煤层开采机械化程度低。此外,在大倾角工作面,作业人员上下不便,操作困难,不安全因素多。此外,由于煤层倾角大,水平投影图难以将开采情况表示清楚,因此开采大倾角煤层所用的工程图一般以立面图取代开采缓倾斜煤层所用的水平投影图。
2 大倾角采煤工作面的安全防护措施
采煤机、输送机和液压支架用来组成工作面设备。支护设计是根据各采场顶板、地质、矿压等条件经过科学计算得出来的。工作面必须按照支护设计进行施工,如不按支护设计施工,容易因支护强度不够而造成顶板事故,危及施工人员安全。在大倾角开采上为保证安全生产采取了以下安全防护措施:(1)采煤机进刀防护措施。当采煤机沿工作面割完一刀后,需要重新将滚筒切入煤壁,推进一个截深。工作面进刀方式为端部斜切进刀,下行割煤,上行装煤走空刀。为防止采煤机左滚筒在割煤时甩起煤矸伤人。采取在采煤机左滚筒上方加装防护板,遮挡割煤过程中煤矸飞溅。(2)输送机上方防护措施。煤矿采区运输工作中,广泛采用输送机,在工作面内沿走向建立防护网。(3)输送机上安全防护措施。由于大倾角开采煤矸滑(滚)、对输送机机头和端头支护有很大危害,因此为保证设备不受损坏,端头支护安全,输送机机头前加装卸力挡煤板,缓解冲击力。此外,为了保证行人侧安全,应在需要必要的位置安设挡导煤板,降低煤的冲击,以保证行人道。转载机设挡板可以防止煤炭溢出堵塞人行道。板加密后能增大阻力,提高运输效率,防止煤矸在溜尾堆积而影响后一部设备的运行。(4)采煤机本身防滑措施。在实际工作中,为保证采煤机安全运行,防止发生事故下滑,因此除使用本身制动装置外,还在机组下方加设防滑千斤顶,行走轮后配备了防滑制动销,保证了二次制动。此外,从以人的角度出发,预防事故首先要防止人身事故的发生,所以必须加强人身防护措施。配备专业安全帽、特制护胸、护背、护腿等对工作面内的采煤机司机、支架工和其他工作面内作业的职工都是非常必要的。
3 大倾角煤层开采设备选择注意事项和原则
在35°～55°大倾角煤层工作面开采,设备的选择是关键,它的确定直接影响着安全开采。因此,在选用设备时除遵循一般原则外,还应满足安全防护要求。
3.1 液压支架的选择要求
在走向长壁工作面移架过程中,由于液压支架自重在倾斜方向的分力会使支架沿倾斜下滑,煤层倾角越大,下滑力越大。支架后部因重量大且重心偏后,所以下滑比前部严重,造成支架歪斜。当煤层倾角增大到使支架失去侧向稳定时,支架会向下倾倒。为了保证支架正常工作,在煤层倾角大于35°时,从设计制造上必须考虑采取防倒防滑措施。
为了提高工作面排头排尾支架的整体稳定性,通常将工作面下部或上部的3～5架支架两两彼此用防倒防滑千斤顶相连,构成排头或排尾支架组。特别是排头支架是工作面其他支架稳定的基点,所以,排头支架的稳定至关重要。
大倾角液压支架通常采用由千斤顶控制的调底座装置并采用缸径较大的侧推千斤顶以增大调架力。另外,支架的立柱上设有扶手,底座上设有台阶以便行人。
3.2 采煤机的选择要求
大倾角煤层综采工作面要求采煤机牵引力大、制动可靠、效果好。现在大倾角采煤机均为无链牵引,有可靠的制动装置,使采煤机停电、失压、调速手把过零、牵引轮不同步、超速或电缆张力过大时,均能实现可靠的制动。为实现安全操作,采煤机中通常都装有无线遥控或平巷控制台控制。采煤机摇臂采用分腔或强迫形式。目前,先进的大倾角采煤机还采用多电机横向布置和四象限运行的变频调速技术,运行可靠性更高。
3.3 输送机的选择要求
大倾角煤层综采工作面刮板输送机主要作为采煤机的轨道,又是支架前移和抑制下滑的基点,同时限制割下的煤自溜。因此,要选配高强度的双边链刮板输送机,溜槽为铸焊型,销轨及其连接座均为加强型,与推溜杆连接的双耳的强度也要提高。
大倾角煤层开采安全防护问题,也反映了大倾角煤层开采的复杂性。随着开采技术的进步,大倾角煤层的开采技术将得到广泛应用,安全防护技术也必然会受到人们越来越多的重视,得到不断完善和规范。
参考文献
[1]秦忠诚，等.构造复杂煤层采煤方法[M].中国矿业大学出版社,2003.
[2]史静.大倾角煤层开采矿压显现规律与支护[J].重庆文理学院学报：自然科学版，2010(1).