大倾角综合机械化采煤技术探讨

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[摘 要]大倾角综合机械化采煤解决了大倾角综采生产工艺和安全管理现场存在的问题，已成为矿井，矿井持续、稳定、健康发展的当务之急；成为煤炭企业研究的课题。本文对大倾角煤层开采技术的的开采特征、综采设备管理、及开采工艺技术进行了探析，期对我国大倾角综放开采技术有一定借鉴意义

[关键词]大倾角；综采；设备控制；采煤技术

中图分类号：TD823.21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0213-01

引言

我国将煤层按倾角分为缓倾斜（0～25）、倾斜（25～45）和急倾斜（45～90）三类。大倾角煤层则是以煤层倾角超过冒落矸石以及煤的自然安息角所出现的滑动、失稳等现象为主要特征而命名的，通常将30～55倾角煤层称之为大倾角煤层。实践证明，大倾角综采（放）技术取决于工作面设备。

1 大倾角综采工作面开采条件特征

1.1 工作面设备状况

①液压支架在自由状态下处于失稳状态出现倾倒现象。当顶梁受到邻架约束时，也可出现向上倒架现象；移架、调架困难。工作面下排头支架全靠人为调整、防护，管理难度大。

②工作面输送机下滑严重，特别是放顶煤工作面后部输送机下滑严重，前移困难。输送机溜槽与支架、采煤机连接件、导向件工况差。而输送机的防滑、前移主要靠液压支架进行定位、调整。

③采煤机上行爬坡、割煤困难，装煤效果差。

1.2 人员作业环境

①支架掩护下的作业空间常受到上部煤壁片帮、漏顶及采煤机落煤产生滚动煤体冲击的威胁。

②人员站立、行走条件差，观察、操作各设备动作困难。

③放顶煤工作面支架后部滚矸、滚块煤现象严重，后部封矸难掌握，人员易受散块袭击。

1.3 工作面矿压显现特征

①顶板破断垮落岩块向工作面下部采空区滑、滚堆积，造成工作面不同区域矿压显现不同，通常中、上部矿压显现较下部剧烈。

②工作面底板在一定条件下也会出现滑移破坏。特别是当顶板移动趋向和速率与底板滑移不同步时，会引起工作面“顶板一支架一底板”平衡系统失稳，造成事故。

③大倾角工作面随倾角增加顶板压力的切向分力增大而法向分力减小，使得支护系统的失稳趋向加剧。

④由于工作面上部煤壁受向下倾斜分力较大，易造成漏顶或煤壁片帮。所以，工作面岩层控制的重点不是提高支护系统的工作阻力，而在于加强支护系统的稳定性。

2 大倾角综采（放）工作面设备的管理

2.1 工作面支架稳定性控制

①增强大倾角综采（放）液压支架间的调架性能。采用较大缸径侧推千斤顶，增大侧推调架能力；如果支架后部较重，可采用掩护梁侧护板在顶梁侧护板外侧活动方式。

②采用与邻架顶梁间或顶梁与邻架底座间设置防倒千斤顶结构调整顶梁。

③采用与邻架底座间或底座与邻架顶梁间的防滑千斤顶结构进行调整底座。该结构可在底座前、后布置，也可视情况只布置1个千斤顶。

④采用底调千斤顶或底调梁结构调整底座。

⑤支架顶梁前端设可摆动防护板，隔离煤壁，在机道上方无支护（梁端距或移架前空1个步距）空间形成安全屏障。或每隔5～7架，在1架支架的前部行人空间垂直煤壁方向，挂一扇柔性（如铁链等）挡帘，可起到缓冲滚矸、煤块的作用。提高防护性能是大倾角工作面保障作业人员安全，防止事故发生的重要措施。

2.2 大倾角综采（放）工作面输送机稳定性控制

大倾角综采（放）工作面前、后输送机下滑是必然的，而下滑量过大将直接导致支架的下滑以及影响工作面的正常推进。

①采用封底板结构，加大了溜槽与工作面底板接触面积，提高了输送机整体抗下滑能力。每隔一定数量溜槽预留天窗。

②采用带防滑耳座的高强整体铸造槽帮结构。该结构可与支架通过带防滑千斤顶链条组件相连，以防止和调节输送机下滑。

③在上部机尾段设置锚固装置。该装置在适合的条件下，可有效防止输送机下滑。

④提高液压支架的调输送机性能。应在支架底座上面每隔6～8架设置1组调输送机千斤顶（可与防滑千斤顶通用），用链环与槽帮连接，全工作面调输送机千斤顶同时动作。该措施可有效地调整和控制输送机下滑。

⑤加强下排头支架的锚固作用。设置端头支架和下排头支架组，使工作面支护系统有相对稳定的整体性和可靠的依托。通常，下排头支架组可由2～3架机头过渡支架靠附加装置连成整体来组成，而端头支架则需要针对具体条件特殊设计与布置。

2.3 大倾角综采（放）工作面采煤机稳定性控制

①牵引力要求大采煤机的爬坡能力和速度直接影响到整个工作面的推进速度，故宜选用大牵引功率的电牵引采煤机，采用分段遥控方式。

②采用能量回馈型四象限运行变频技术，具有可靠的下滑自动制动系统，防止出现溜车等大的事故。制动器自动解锁，不必停车另行启动。

③滚筒的装煤效果由于工作面倾角大，滚筒割、装煤时，煤存在向工作面下方较大的自溜力，装煤条件差。宜选用大滚筒，装煤叶片和滚齿排列要布置合理。

④采用滑靴式输送机铲板形式，该结构有利于提高采煤机的空间稳定性。

3 大倾角工作面综采（放）工艺的确定

大倾角工作面综采（放）工艺不仅要保证设备的稳定运行，还需要通过设备的运行，防止、抑制、调整设备的下滑。

3.1 采用伪斜工作面布置

工作面倾角对支架及其他设备的稳定性影响最大。合理布置工作面，减小工作面真倾角是工作面设备稳定性控制的有效措施之一。

3.2 下巷预留适当的三角煤布置

该布置方式为全工作面支架和输送机提供了可靠的稳固段，可有效地防止支架和输送机下滑，并且为输送机机头过渡段、转载机构的搭接布置提供了较好的条件。同时，工作面与下巷交界处无底板台阶。

3.3 支架移架顺序

移架时，操作人员位于邻上架，从下向上逐架前移。该方式不仅有利于操作人员的安全，而且支架后方的堆矸下窜不会对支架产生影响。同时，对移输送机有利。

3.4 输送机的推移

推（拉）输送机时，从下向上顺序操作，可同时实现向上调输送机的目的。

3.5 采煤机下行单向割煤

采用机组下行割煤、上行装煤工艺，可有效地减小机组运行时产生的向倾斜下方的作用力，从而降低工作面设备下滑倾向。控制工作面设备稳定性以及采用合理的开采工艺研究是大倾角综采（放）工作面高产高效的关键技术，是保证大倾角高产高效工作面顺利推进的重要基础。针对大倾角综采（放）工作面的条件，通过对整个支护系统、生产系统的稳定性进行有效的控制，合理布置工作面。使工作面“三机一管理一工艺”三者有机地发挥优势，从而实现大倾角综采（放）高产高效生产。

4 急倾斜采煤工作面安全高效开采

如何在急倾斜采煤工作面（倾角在45o以上）上实施安全支护、安全开采，首先，建立了不同约束条件下顶板初次来压、周期来压的双向板的力学模型，用于详细分析顶板结构的变形与破坏，获得了该条件下煤层开采时围岩活动与矿山压力显现规律。其次，系统分析了急倾斜煤层开采时液压支架的受力状况、稳定机理和相应的连锁装置的力学分析、控制技术与措施。第三，研究并实施的工作面设备优化配置、改造及其生产工艺，满足了急倾斜煤层开采时采煤机爬坡、制动及液压支架防倒、防滑和刮板输送机防滑的实际需要。

5 结语

本文分析了大倾角综采（放）工作面设备状况、人员作业环境、工作面矿压显现特征，研究了大倾角综采（放）工作面支架、输送机和采煤机的稳定性控制管理，最终确定了大倾角工作面综采（放）工艺，有一定借鉴意义

作者简介

余修尚（1978-），男，河南镇平县人，助理工程师，2006年毕业于郑州工业安全职业技术学院，现从事煤矿生产技术管理工作。