乌仁都西煤矿急倾斜煤层综采探讨
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【摘 要】探讨乌仁都西煤矿急倾斜中厚～厚煤层条件下，实现综合机械化开采的可行性，提出采煤方法，采煤机、支架及运输机械选择意见和安全应对措施，并给出了可行的结论。
1 概述
乌仁都西煤矿位于内蒙古自治区鄂托克旗阿尔巴斯乡桌子山煤田库里火沙兔矿区东南部。现为露天开采，开采中、南部浅部资源，生产规模0.6Mt/a。因矿区煤层属急倾斜中厚～厚煤层，倾角普遍在60°左右，露天开采深部资源难度较大，拟井工方式开采北部及所有深部资源，规模1.2Mt/a，需引进急倾斜煤层综合机械化采煤技术，现对矿井综合机械化采煤难易点进行探讨。
2 矿区地质条件简述
矿区含煤地层为侏罗系中下统延安组（J1-2y），煤系地层呈单斜构造，矿区构造复杂程度属简单类型。矿区大部可采煤层3层、局部可采煤层5层，平均煤厚2.38～8.53m，煤层倾角45～60°，普遍在60°左右，属急倾斜中厚～厚煤层。煤类为不粘煤（BN）。各煤层结构简单到中等，含一至八层夹矸不等。主要可采煤层顶底板岩性以泥岩、砂质泥岩为主，次为砂岩，属软弱岩石。
3 乌仁都西煤矿综采特点综述
急倾斜煤层的开采存在着顶板有效控制，采煤机爬坡、割煤、运行控制和采煤机、支架及刮板机的防倒防滑等难题，属难采煤层。现国内急倾斜煤层综采成熟的开采技术采用走向长壁采煤法、适应煤层倾角多在55°以下、采高多在3.5m以内，倾角达60°、采高达4.0m急倾斜煤层的综采技术还需完善，而乌仁都西煤矿煤层倾角普遍在60°左右，且存在煤层厚度变化大、煤层分层、煤层顶底板属软弱岩层、属易燃煤层等特点。因此，该矿综采技术的难点涉及采煤机、液压支架、刮板输送机等设备的选型及改造，回采工艺及工作面三机防倒、防滑，工作面防飞矸，煤层防自燃等措施。
4 主要设备的选型及改造
4.1 采煤机的选型及改造
4.1.1 为适应矿井煤层特性
采煤机应适应采高在3.5m～4.0m以上的中、硬煤，并能截割一定的矸石夹层，经计算，采煤机的功率应达到600～800kW。在先进技术与故障率低的现用大倾角采煤机中，推荐天地上海分公司生产的MG300/700-WD（QWD）型（开采高度2.0-4.0m、装机功率698.5kW）变频调速电机牵引采煤机，该机在大倾角煤层综采使用效果较好。
4.1.2 采煤机改进
MG300/700-WD（QWD）型采煤机适应倾角≤45°，而矿井煤层倾角普遍在60°左右，尚需对采煤机进行改造，建议改进内容下：
①增大采煤机行走电机功率，行走电机功率由2台40kW电机提升为2台55kW电机，提高采煤机在急倾斜工作面的爬坡能力。
②提高采煤机制动力矩，保障急倾斜条件下单液压制动闸也能保障制动有效，不出现下滑和飞车。
③提高采煤机行走系统的机械强度和降低故障率。
④改进齿轮飞溅方式，调整为齿轮泵强制，保障效果。
⑤提高采煤机智能和控制系统的可靠性，能够自诊断故障、故障预警、便于遥控操作并中文显示。由于急倾斜工作面采煤机工作空间和人员行走操作空间相对独立，采煤司机遥控板上能显示采煤机采高、运行速度、运行方向、截割和行走功率、温度等运行参数，并进行控制。
⑥增加采煤机机头机尾行程急停功能，作为人为操作失误的预防；增加采煤机电缆夹及电缆过力矩急停功能，预防电缆槽煤矸卡阻损伤采煤机主电缆。
4.2 液压支架的选型及改进
4.2.1 支护条件概述
本矿井8个可采煤层的厚度变化较大，属急倾斜中厚～厚煤层群，考虑到前期和后期支架的通用性及现有技术水平，回采工作面支架最小支撑高度宜为1.8m，最大支撑高度为4.0m，支架中心距取1.5m，待技术成熟后可进一步提高支撑高度，增加煤炭回收。
4.2.2 支架形式选择
根据煤层顶板特性应选用支撑式液压支架，还应要求支架具有掩护性能；有较小的底板的比压分布，最终架型选定为四柱支撑掩护式液压支架。主要参数为：支护高度为1.8～4.0m，底板比压为1.06～2.55Mpa，适应倾角45～60?，采用邻架操作方式。
4.2.3 辅助装置的确定
为增加工作面安全防护和防滑功能。安全防护上，应在液压支架设计上增设可调式伸缩架前挡矸板和架间推拉式挡矸门。防滑应用上，继续使用排头液压支架防倒、防滑成组连接装置外，还增设调推千斤顶，通过作用推溜杆防止溜子下滑。液压支架上还需设有满足行人安全行走的拉手、阶梯等辅助设施。
4.2.4 液压支架的改进
目前，国内尚无设计、生产倾角达60°，采高达4.0m的技术成熟的急倾斜综采液压支架的厂家，需由液压支架生产厂家设计制造试验生产满足乌仁都西煤矿要求的急倾斜综采液压支架和端头支架。
4.3 综采工作面配套设备
根据选定的采煤机选择配套设备，工作面主要配套设备见表1。
表1 综采工作面主要配套设备特征表
顺序 设备名称 型号及规格 备 注
1 可弯曲刮板输送机 SGZ-730/160，功率160kW，1140v 输送能力800t/h
2 刮板转载机 SZD-730/200，功率200kW，1140v 输送能力850t/h
3 破碎机 PEM1000×1000，功率55kW，1140v 输送能力800t/h
4 可伸缩胶带输送机 DSJ100/80/160，功率160kW，1140v 输送能力800t/h
5 乳化液泵站 BRW-250/31.5A，功率160kW，1140v 每套2泵1箱
5 顶板管理及主要安全措施
5.1 顶板管理方式
煤层顶板以泥岩、砂质泥岩为主，为软弱岩层，放顶后容易冒落，宜采用全部垮落法管理顶板。
矿井煤层厚度变化较大，工作面最大采高4.0m，最小采高2.0m时，煤厚超过4.0m的煤层将损失部分资源。根据煤层及顶底板特性，煤层底板稳定性优于煤层，开采煤厚大于4.0m的煤层时，丢底煤的厚度不易控制，刮板输送机和液压支架支在底板上比支在底煤上更稳定，开采时丢顶煤更合适。煤层厚度在4.0m内采全高，煤层厚度小于2.0m时卧底，大于4.0m时留顶煤开采。
5.2 主要安全措施
乌仁都西煤矿急倾斜煤层综采需采取的主要安全措施
5.2.1 采煤机防滑措施
随时检查割煤机液压制动系统；割煤时只能从机尾向机头下行单向割煤，从机头向机尾移溜；随时检查采煤机行走齿轮和工作面溜子销轨完好状况；采煤机停机时，将两滚筒落到底板上或插入煤壁；处理采煤机故障或更换零部件时，必须在距下滚筒5 m内用木支柱或单体支柱打两排防滑支柱，并把采煤机固定在刮板机和支架上，防止下滑，在采煤机的上方和煤壁用坑木或单体支柱打好档栏，防止片帮或窜矸煤矸下滑伤人；需更换的零部件或大件要搁实并固定好，同时禁止下方有人。
5.2.2 支架防倒、防滑措施
工作面下端头使用三架组合迈步式端头支架，保持对工作面排头支架的支撑防倒，排头10架液压支架底座靠龙门架用液压缸两两相连，顶梁靠柱窝用液压缸两两相连，使工作面机头处排头10架支架互相制约进行推移架过程的防倒防滑；采用单向移架、推溜，移架过程中，先移第三架，再移第一、二架，以后依次从第四架移至机尾；正确使用好调推千斤顶，推溜时，将调推千斤顶活柱升出抵住推溜杆，保持溜子倾斜推进不下滑，拉架时，收回调推千斤顶活柱，减少拉架阻力并防止损坏活柱。
5.2.3 防飞矸伤人措施
每架支架均安设架前挡矸装置，每隔5架安设架间推拉挡矸门，架前、架间挡矸装置平时均处于挡矸状态；割煤时，架前挡矸板提前于前滚筒一架打开，待后滚筒经过后立即关闭；架间挡矸板人员通过时打开，经过后关闭。在刮板机机头、转载机机尾处理故障时，必须有专人看安全，并在工作面刮板机机头上方5m处设两排挡矸支柱，并用木料横放固定在支柱上方。
5.2.4 防煤尘自燃措施
矿井煤层属易自燃煤层，因煤厚变化大而采高有限，工作面遗煤较多，对防止煤层自燃不利，可考虑在液压支架上预留开孔，通过开孔向采空区注阻化剂和黄泥浆并在井田开拓开采、通风、监测、防灭火方法及消防上采取相应措施。
6 主要结论及建议
（1）乌仁都西煤矿进行急倾斜综合机械化开采技术上是可行的、安全上是可靠的，但受地质条件、设备、管理及技术水平的限制，尚需对开采工艺和设备进行试验，发现问题，及时改进，逐步成熟；建议矿井试采。
（2）为减少工作面片帮飞矸、减少防滑压力、降低开采难度，建议工作面设计时按照工作面等长、回采走向等高线由高向低、俯伪斜开采。
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