大倾角采煤

大倾角采煤（精选8篇）

大倾角采煤 篇1

1 概述

1101工作面系八宝井综采首采工作面, 现处于巷道准备阶段, 即将正式生产。该工作面位于八宝深部-600水平, 上顺标高为-522m、下顺标高为-545m, 工作面平均走向长240m, 平均斜长45m。含煤地层为二迭系山西组之一层煤, 煤层平均厚度5.1m, 煤层倾角38～44°, 平均倾角40°。一般情况下, 煤层倾角大于18°的工作面称之为大倾角工作面。由于受工作面底板与支架间摩擦系数、工作面浮煤以及工作面淋水的影响, 当工作面倾角达到15°时, 控制工作面支架及输送机下滑已经成为技术管理的主要问题, 当工作面倾角达到18～20°时, 控制工作面输送机和支架下滑已经相当困难。因此, 为保证1101综采工作面顺利生产, 必须提前研究相应的防滑技术措施。

2 大倾角综采工作面设备下滑分析

2.1 大倾角工作面综采支架受力分析。

2.1.1 支架支撑状态受力分析。

支架在支撑状态受自身重力G、顶板压力N1、底板支撑力N2和与顶底板间的摩擦力F1、F2。支架的受力分析如图1所示。

式中G—支架的自重;N1—顶板对支架的压力;N2—底板对支架的支撑力;α—工作面倾角;f1—煤层顶板与支架间的静摩擦因数;f2—煤层底板与支架间的静摩擦因数。

一般的可以近似认为f1、f2相等均为f。则支架下滑的条件为

在正常情况下支架的工作阻力相当于支架的自重的20～40倍, (N1+N2) 是 (N2-N1) 的30～50倍, 支架对岩石的滑动摩擦因数一般为0.3～0.4, 静摩擦因数会更大, f N2+N1N2-N1的值会远大于10, 支架下滑要求tanα>10, 即工作面煤层倾角α>80°。而1101区综采工作面煤层倾角不超过45°, 所以在支架支撑状态不必考虑向下滑动。

2.1.2 支架在移架过程中的受力分析。

支架在移架过程中, 主要受自身的重力G、底板的支撑作用力N、支架与底板间的摩擦力F、移溜千斤顶的拉力和支架侧向千斤顶的侧推力F′作用。如图2所示。

对支架进行受力分析:

式中G——支架自重;α—煤层倾角;N—煤层底板对支架的支撑力;F—煤层底板与支架间的摩擦力;F'—支架侧调千斤顶的推力。

支架下滑的条件为Gsinα> (F+F') 。由方程组 (2) 有:

tanα> (F+F') /N

其中F=Nf (f≈0.3～0.4) , 支架的侧调千斤顶的侧向推力F'一般为支架自重的0.6～0.8倍, 故tanα>1, 所以在工作面倾角小于45°的情况下, 支架也不会发生向下滑动。通过以上分析, 工作面倾角小于45°时, 无论支架在支撑状态还是移动过程中都不会因支架自身重力作用下发生向下滑动, 同理输送机也不会克服摩擦阻力向下滑动;导致工作面支架及输送机上窜下跳的主要原因是由于工作面倾斜方向分力的作用使支架与回采方向发生偏移。

2.2 大倾角综采支架及输送机下滑。

2.2.1 运输机下滑。

引起运输机下滑的因素较多, 但主要原因为下列因素共同作用的结果: (1) 自重下滑:由于运输机有一定的重量, 在斜面上运输机静止不动时自身就有一个向下的分力, 运输机在移动时就会向下滑。 (2) 管理不善引起的下滑:由于运输机下货点高度不够或搭接不好, 运输机底链带回煤, 造成运输机阻力增大及支架与运输机连接不垂直, 支架尾梁上摆, 推运输机时有一个向下的分力引起运输机下滑。 (3) 采机上行割煤时的牵动使运输机下滑。 (4) 由于作业人员操作不当, 当运输机有下滑的趋势时, 没有及时调整作业方式, 仍由上向下推移运输机造成运输机下滑。

2.2.2 支架失稳支架失稳主要表现为支架倾倒和下滑。

其主要原因是: (1) 在移架过程中, 支架在本身重量作用下产生一个下滑力。 (2) 升架时, 支架在升架力的作用下, 支架底座沿煤层倾斜方向的分力大于支架底座与底板的摩擦力, 使支架产生下滑。 (3) 由于运输机下滑牵动支架下滑。 (4) 在大倾角条件下, 如工作面顶板破碎、冒落或顶板下沉沿层面向下移动时, 会导致支架不能有效接顶, 在支架力和重力作用下产生倾倒。支架倾倒后如不及时扶正, 导致支架不能有效控制顶板, 从而加剧工作面顶板下沉、冒落, 进而导致更为严重的倒架, 形成恶性循环。

3 大倾角综采工作面设备防滑措施

3.1 将工作面调成伪倾斜开采。

为平衡工作面运输机、支架在推进中引起的下滑, 将工作面调成伪倾斜, 即运输机头超前运输机尾。当支架与运输机相互向前推进移动时, 工作面设备每移动一个循环, 就会产生一定量的相对向上的位移, 若伪倾斜角度适当, 就能使上移量和下滑量相互抵消, 从而起到控制设备下滑的作用。

3.2 运输机防滑。

(1) 根据煤层倾角变化, 并注意观察运输机头尾位置变化, 及时调整伪倾角。 (2) 工作面采取单向割煤、单向推移运输机的方式作业。即采煤机下行割煤, 上行空牵, 采煤机空牵时自下而上追机推移运输机。 (3) 运输机头与机道转载机搭接要合理, 高度合适, 防止运输机带煤粉, 增大负荷, 造成运输机下滑。

3.3 支架防滑防倒。

(1) 控制好运输机, 防止运输机下滑带动支架下滑。 (2) 坚持由上向下移架, 即采机下行割煤时采机过后由上向下追机移架, 减少空顶时间。 (3) 工作面运输机与煤壁一齐, 支架与运输机连接应垂直或支架尾梁下摆与运输机成75～90°角, 推溜时使运输机上移, 拉架时使支架有一个向上的拉力, 防止支架下滑。 (4) 工作面最下端3组支架连在一起, 防止支架下滑。

4 结论

大倾角综采工作面设计在充分考虑工作面配套设备造型的同时, 还要针对不同的支架和输送机特性设置相应的调整支架与输送机相对方向的技术措施。对液压支架和运输机必须加强科学管理, 制定严格的管理措施, 防止支架和运输机下滑及支架失稳, 促进大倾角综采工作面安全生产, 高产高效。

摘要：从综采支架受力分析、工作面输送机和支架相互作用力分析的角度, 对大倾角综采工作面输送机、支架下滑机理进行研究, 并提出相应的防滑措施。

关键词：大倾角,综采工作面,防滑,控制技术

大倾角采煤 篇2

【关键词】极薄煤层；电牵引；爬底；采煤机；应用

【中图分类号】F416.42 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0274-02

前言

达竹煤电集团公司小河嘴煤矿，属极薄煤层，一直采用爆破落煤，全部陷落法管理顶板，走向长壁后退式开采，刮板运输机运输，单体液压支柱支护。煤质较好，属低硫、特低磷的1/3焦煤，多年来一直尝试采煤机械化，推广过多种机型，适应较差，2006年立足薄煤层机组的推广，首选永荣煤机厂生产的MGl00-TP单滚筒爬底式采煤机，比较成功，起到了一定的效果。

但是MGl00-TP单滚筒爬底式采煤机在使用过程中，却存在该机型设计功率偏小，随着工作面煤质硬度增大、煤层倾角增大时，割煤机运行非常困难，故障频发；滚筒装煤效果较差；无安全制动装置，对安全造成威胁；必须机道内跟机操作，给割煤司机造成安全威胁等无法解决的问题。

达竹公司厚度在0.5～0.8m煤层，倾角在0～45°的采煤工作面却比较多，所以急需开发一种替代机组以改变目前困窘，因此达竹公司与辽源煤矿机械制造有限公司共同开发研制新机型一MGl 10/130-TPD型电牵引爬底式采煤机，并在小河嘴煤矿应用。

1.MGll0/130-TPD型采煤机概述

1.1主要用途及适用范围

MGll0/130-TPD型极薄煤层交流电牵引采煤机。工作时，可与通用的SGB-620/40T型刮板输送机、单体液压支柱或金属磨擦支柱金属顶梁组成普采工作面，在长壁回采工作面中实现落煤和装煤。

本机适用于煤层倾角35。以下，煤层厚度0.52～0.8m，工作面长度120m左右的倾斜长壁式回采工作面，要求煤质硬度f≤3，顶板中等稳定，底板起伏不易过大，煤层不含坚硬的夹杂物。

全部电气设备为矿用隔爆型，允许在周围空气中有甲烷、煤尘、硫化氢、二氧化碳等不超过《煤矿安全规程》中所规定的安全含量的矿井中使用。

1.2 主要特点

1.2.1 采用多电机驱动，截割电机横向布置在截割部上，摇臂与截割部通过摇臂壳体的外伸部分与主机体铰接，通过更换楔块调节采高范围，取消了螺旋伞齿轮等复杂结构。

1.2.2 单摇臂双电机驱动，截割功率大，解决薄煤层采煤机功率小的缺点。

1.2.3 整体机壳结构，切割反力与牵引反力均由主机体承受，可靠性高。

1.2.4 整体机壳有底托架结构，底托架薄，简单可靠，拆装方便。

1.2.5 采用交流变频调速技术，实现牵引速度无级调速，电牵引效率高，牵引力大并有反逆转超速功能。

1.2.6 主机体均为对称设计，更换左右工作面时只需将主机体、运输部等相关件翻转（旋转）180°，拆装方便，提高薄煤层采煤机的适应性。

1.2.7 主电机，牵引电机均可横向抽出，维修方便。

1.2.8 各种操纵开关，控制按钮，显示装置均设在机体端头侧，按钮站及离合手柄设在老塘侧，操作安全方便。

1.2.9 机器跟机控制和离机遥控控制，操纵方便。

1.2.10 机器实际工况有屏幕显示，能充分发挥机器的效率。

1.2.11 电气系统设有过热、过流保护装置。

2.机械部分

2.1 结构特征与功能

采煤机的整体结构由主机体、装煤部、底托架和冷却喷雾系统组成。其中牵引部、截割部、运输传动装置、电控箱、摇臂等均集成安装在整体机壳上。

2.2 牵引部

采煤机牵引部是实现采煤机在牵引链上行走。该部主要由电机，牵引三行星减速器、导链轮轴组和液压制动系统组成。

最大牵引速度：v=5.84m/min

2.3 截割部

截割部是实现电机到滚筒之间的减速机构，截割部上设有扭矩离合器机构，为防止过载而损坏电机，具有离合功能。

该截割部的主要特点是：由于整体配套的需要，电机的外径和长度都不能过大，又要保证截割功率在100～150kW之间，用单一电机尺寸下不来，因而研制和开发了2×55kW电机，用两台小尺寸电机代替一台大尺寸电机。

2.4 运输传动装置

运输传动装置由传动轴及一对圆弧锥齿轮及其它相关零件组成，另备一对齿数不同的圆弧锥齿轮，可以改变转数。

2.5 电控箱

电气控制箱与主机壳体组焊成整体结构，减少对接面，提高整机的刚度。

2.6 冷却喷雾系统

冷却喷雾系统是采煤机内喷雾、外喷雾及各电气元件冷却水路、胶管、水分配阀组件和水阀的总合。采煤机工作时，将产生大量的煤尘，同时各主要部件如电机、摇臂产生很大的热量，必须进行降尘和冷却，以保证正常工作，设置了冷却喷雾系统，同时提高喷雾防尘效果。

3.电气控制系统

KXJ24-130/1 140（660）C型矿用隔爆兼本质安全型电控箱本电气控制系统是专为MGll0/130-TPD型电牵引采煤機配套而研制的。

它采用了先进的PWM变频调速技术、PLC控制技术与工业计算机控制显示技术相结合，使采煤机的控制操作更加方便可靠，具有调速范围广，牵引能力大，防滑能力强，适应工作面倾角大等优点。整台采煤机的机械动力由两台55kW，1140（660）v截煤电机，一台18.5kW、1140（660）v牵引电机组成。

4.现场应用

小河嘴煤矿于2009年8月9日在4026（22）工作面安装使用。采高0.75m，需切割部分顶板，走向长度：550m，倾斜长度：112m。应用初期，由于对割煤机性能不够熟悉，割煤机出煤效果较差，现场无法使用，达竹公司相关技术人员同辽源煤矿机械制造有限公司现场技术人员组织专业会议进行研究，最后确定是防尘水使用过多（内外喷雾均使用）导致滚筒无法出煤，后现场降低防尘水出水量，出煤效果有所改善。

试验期间，技术人员跟班发现，割煤机虽然整体运行效果良好，但也有部分问题待解决：（1）割煤机出煤效果虽好，但运输部运输能力欠缺，大量的浮煤涌出运输部，造成工作面浮煤增多；（2）运行中机组底板两端头平直，出现啃底现象，增大了负荷；（3）牵引链出现伤痕，易断链；（4）链轮采用全封闭保护装置，虽起了较好的防护性能，但又增加了现场处理牵引链故障的难度；（5）内喷雾密封出现漏水进入减速箱，造成润滑油变质。

针对以上问题，达竹公司与辽源煤矿机械制造有限公司技术人员反复分析研究，采取了如下对策措施：（1）重新设计更换运输部，增加运输部宽度，解决割煤机运输能力不够，优化运煤抛物线轨迹，提高运输速度，彻底改善机组运输效果；（2）改制船形底板，防止啃底现象；（3）导链筒材质硬度降低解决牵引链出现伤痕；（4）重新设计改制内喷雾密封装置，防止内喷雾渗水串入减速箱。

经双方协作，将以上措施进行落实，现场投入后，效果明显，达到了割煤机各种技术指标。

5.应用效果

应用表明，该机组性能均稳定，具有以下特点：

5.1 牵引部控制系统稳定性好，调速范围大（O～5.84m/s）。可根据工作面具体情况进行速度控制。

5.2 采用遥控控制牵引和主停，割煤机司机可离机进行操作，在端头按钮站可完成牵引方向的自由转换、加减速操作及牵停、主停及绞起绞停；

5.3 屏幕显示开机予警、瓦斯超标停机。界面实时显示机器工况；设有故障巡检程序，便于设备故障分析、维护；

5.4 割煤机出煤效果好，可适应不同倾角工作面，浮煤较少。

5.5 内外防尘喷雾，喷雾效果好，同时对截齿具有降温作用，降低截齿磨损。

5.6 液压紧急制动可靠，在停电等特殊情况下可紧急制动牵引链轮，有效防止采煤机下滑。

5.7 机组可左右向工作面互换，节约机组成本。

5.8 爬坡能力强，最大运行倾角达到45度。

6.经济效益

该矿每天按二班作业，每班2～3个循环进行组织，日平均产量达390吨，月产可达1.0～1.2万吨。

7.安全效益

该机组成功地解决了原液压牵引采煤机控制方式操作人员的安全操作，同时采用了紧急抱闸制动装置，防止割煤机在故障状态下下滑伤人，确保了采煤工作面安全生产。

8.结语

MG110/130-TPD型极薄煤层电牵引爬底式采煤机具有机身低、功率大、电牵引、变频遥控、内外喷雾、截割能力大，倾角适应能力强，保护功能齐全，等特点，可与刮板输送机、单体液压支柱或液压支架组成高档普采和综合机械化采煤工作面，有效的解决了大倾角极薄煤层机械化开采难题。

大倾角采煤技术的应用与推广 篇3

1 木城涧煤矿大倾角工程概述

木城涧煤矿是京煤集团最大的矿井, 其每年可以产原煤总共可以达到约250万吨, 在矿井的+450m水平西四采区的二槽煤一壁向下顺槽, 采掘工作面处于偏北向斜南的方位, 煤层的倾角约为12°~23°, 平均倾角为18°, 区内小部分有小断裂发育, 并且该采区处有多条小断层穿过, 煤层处于700m埋深处, 矿井首次进行试验综合机械化掘进工作面。

同时, 此矿井下煤层处的地质结构比较复杂, 并在地层中夹杂有2层的夹石结构层, 厚度约为0m~0.2m, 多为碳质粉砂岩。煤层的厚度变化差异大, 煤厚2.0m~4.55m, 平均煤层厚度为3.6m, 煤容重1182t/m3。在大倾角采掘过程中主要应用的设备布置如表1所示。

2 大倾角煤层地质条件开采的技术要点

近几年, 随着我国煤矿井下采掘施工强度、开采深度的逐渐增加, 以及采掘工作面所处的地质条件状况越来越复杂, 煤层的倾角越来越大, 这就给煤矿井下的采掘工程的继续施工造成了一定程度的难度。一般在大倾角煤层区, 多采用综掘采掘技术, 在工作面采用走向长臂后退式, 而在处理采空区则利用全部垮落法, 加快煤层开采速率。

由于木城涧煤矿工程处于地质结构状况比较复杂的京西门头沟山区, 地势结构较复杂, 结构层较混乱, 煤层结构整体的稳定性较差, 且井下煤层的厚度随煤层走向变化较明显, 且在一处有岩石断裂结构发育。如果采用炮采法进行煤层的采掘工作面, 需要在煤层中布置的炮眼较多, 这样不仅造成工作点相对较分散, 增加工作量, 占用的人员较多, 且给煤层采掘工作添加了一定的不安全因素, 导致原煤采掘生产管理无法正常进行, 并有可能在采掘工作中发生安全事故, 导致矿井采掘工作面的生产效益较低, 影响采掘进度, 且采掘工作面无法实施大型机械化施工, 这些很大程度上制约了煤矿企业的经济效益。

为了提高煤矿企业的井下采掘生产效率, 提高矿井内原煤的总产量, 并减少矿井内采掘工人的工作强度, 提高矿井采掘生产的安全性, 木城涧煤矿的大倾角煤层选用综掘采掘技术, 其采掘优点:掘进尺速度快;矿井巷道结构整体稳定程度高, 且巷道后期稳定性较易维护, 保障了矿井采掘过程的安全性;采掘中顺利穿过大倾角煤层, 大大加快了煤矿企业的采掘速度, 综掘采掘技术普遍应用在大倾角复杂煤层采掘中

3 大倾角煤层巷道断面及支护设计

3.1 巷道的断面设计

综合考虑本矿井采掘工作面煤层所处的大倾角煤层状况、巷道顶层的岩石稳定状况、岩石结构裂隙走向等基本的地质状况, 在保障原煤运输设备布置合理的前提下, 系统分析了各种巷道断面的结构形式, 并充分利用巷道断面使用情况, 最终选定为的采掘巷道基本走向为沿顶掘进, 采掘巷道横断面宽高为400cm×205cm。

3.2 巷道的支护设计

在煤矿采掘巷道内大倾角煤层处采用锚杆支护方式, 研究发现, 可以选用预应力锚杆支护、围岩松动圈等, 采用哪一方式进行工作面支护, 主要是根据大倾角煤层顶板的冒落高度以及端面距的长度两方面确定的。根据采掘经验可知, 冒落高度与端面距一般约1m, 可以在塌冒部位进行钻眼插钢针, 提高棚顶整体结构安全性。若在采掘煤层过程中发生大倾角采煤工作面处遇到局部厚煤层时, 该处煤层上部比其它处的压力大, 将会对受压板产生较大的压力, 明显加快下沉速度等, 顶板很容易出现冒顶危害事故。遇到上述问题的解决办法是在局部厚煤层构造带回采工作时, 在巷道顶部的支护换成具有较大支撑力的支护设备, 如采用支撑控制面积大、稳定性高、支撑强度高的构造带两侧支护的方式, 这样很好的用局部充填法代替垮落法, 从而大大提高了制成的稳定性, 确保了煤矿采掘的稳定性。

在本工程大倾角煤层处的支护详细数据:锚杆支护高度H=120m, 间距为a=1108cm, 杆体直径d=1713mm。根据各个基本参数的计算, 借鉴相关巷道锚杆支护的数据可确定锚杆支护的各个参数如下所示:

顶板锚杆形式:杆体用f18mm×2000mm的高强螺纹钢, 蝶形托盘尺寸为120mm×120mm×10mm的。锚杆钻孔尺寸为f28mm, 间距为1m。为了使得顶板锚杆具有联合支护的功效, 并设置12mm钢筋作为托梁。

巷道帮锚杆:根据巷道的基本特征, 在巷道的两侧采用2m长的木锚杆, 为了确保施工作业的顺利进行, 间距为1m, 也可取0.90m。选用400mm×200mm×50mm木托盘。

4 大倾角煤层采煤工艺

割煤:因为矿井巷道为全煤断面进行开采的形式, 因此在采煤工序时掘进机可以直接进刀割煤的方法进行割煤施工。同时, 为了确保综掘机在进行初刀割煤过程中设备可以迅速的达到稳定工作的状态, 综掘机需要沿着巷道的底板由左向右的走向依次进行割煤采掘工序, 当综掘机到达巷道的右侧以后, 然后再改为由右向左的走向依次进行割煤, 然后依次按照上述循环依次进行下去。

研究发现, 采用这种进刀割煤走向的方法, 可以有效的利用综掘机割煤后留下的空间, 空间顶部煤层将处于悬空的状态, 增大了顶部煤层的下垮力, 从而在很大程度上减少了采掘机的功耗, 且大大减少了巷道顶板的暴露时间, 提高了锚杆支护的稳定性, 有利于综掘机的安全生产过程。

装煤:装煤操作主要由综掘机的铲板部来完成。

运煤:采掘下来的煤, 先由综掘机的刮板输送机传输到综掘机后边的桥式转载机, 然后再将原煤放置在胶带输送机上, 再运输到透煤斜坡上, 最后运送到煤仓进行储存。

结语

综上所述, 在煤矿矿井大倾角煤层处, 由于煤层的复杂地势状况, 这就增加了煤层开采的工作难度, 且增加了采掘工作中的不稳定因素。在本工程中, 综合考虑了矿井所处的地势状况, 采用合适的巷道横断面、支护形式以及特殊的采掘技术, 提高了作业环境的稳定性, 加快了采掘进度, 为煤矿企业的持续发展提供了保障。

参考文献

[1]张士玉.大倾角采煤技术的应用与推广[J].科技情报开发与经济, 2005 (13) .

[2]贾维志.大倾角综合机械化采煤技术[J].安徽科技, 2010 (05) .

大倾角采煤 篇4

1 大倾斜角采煤技术的技术要点浅析

1.1 机械设备运行

机械设备的运行主要包含了三个方面。

第一, 采煤机的运行。通常情况下大倾斜角煤层的倾角都在45°以上, 但大多数时候将20°-60°范围内的煤层均称为大倾角煤层。采煤机一般是向下单向割煤, 上行空转清浮煤。在整个采煤作业过程中, 采煤机的操作人员需要在支护设施内进行相关操作。

第二, 刮板机的运行。在刮板机的运行过程中, 通常需要千斤顶和支架等装置进行溜子防滑。可以把支架过桥板和千斤顶进行连接固定, 另把千斤顶的另一端和溜子连接起来, 避免工作面溜子发生下滑的情况。

第三, 支架管理。支架通常是液压支架, 其是大倾角采煤技术的关键。一般可以使用增设排头的形式来提升液压支架的整体性能。

1.2 巷道布置

巷道布置是大倾角采煤技术的另一重点, 主要包含了两个方面的内容。

第一, 单一煤层巷道布置。根据目前的大倾斜煤层采煤实际情况而言, 采区巷道主要是按照单层的形式进行布置的, 煤层开采点需要单独进行上山眼的开掘。在大部分大倾角煤层开采中, 上山眼主要分为了溜煤眼、运料眼以及行人眼三类。在采区中, 如果还需排除矸石或者涌水, 那么还需增设排矸眼和泄水眼。

第二, 采区巷道联合布置。进行单一煤层布置, 可能会出现采煤作业分散的情况, 这对于采煤而言是较为低效的。因此, 可以进行巷道联合布置, 提升采煤作业效率。

2 大倾角采煤技术的应用

2.1 机械设备使用

在某煤层开采作业中, 工作面的长度达到了177m, 煤层的倾角范围为30°-37°;工作面上方60m倾角范围为18°-20°, 倾角走向长度为300m。该煤层的顶为厚度7.4m的粉砂岩;老顶为厚度4.1m的细砂、粉砂层。该煤层的直接顶相对直接底更加完整, 煤层赋存稳定, 厚度约2.7m。

根据该煤层的实际情况, 可以使用MG250/601-QWD型采煤机进行采煤作业, 这类机械适用于倾角小于46°的大倾角煤层, 通过变流变频对采煤机进行无链牵引。在采煤作业中, MG250/601-QWD是下行进行割煤, 上行清空浮煤。在倾角小于30°的区域可以进行双向采煤。在割煤过程中, 每下行20m, 就应该进行停机移溜, 完成之后方可继续进行割煤作业。

刮板机可以选用ZZ-4800型支架, 千斤顶通过26mm×92mm的链条与溜子底座和支架过桥板进行连接, 链条长度为10m。在整个工作面上的117个支架当中, 一共安装10处防滑装置。

采煤工作面的支护, 工作面上端头按照0.7m×0.6m设置排柱, 下端头按照0.9m×0.6m设置排柱。在顶板出现碎裂情况时, 应该按照0.75m的间距挑拌支护。

2.2 巷道布置

巷道布置是大倾角煤层开采的另一个重要环节, 结合当前实际来说, 巷道布置主要可以分为断面设计和支护设计两个方面。

就断面设计而言, 由于煤层倾角处于大倾角范围内, 顶部岩层结构较为稳定, 综合考虑岩缝走向、地质情况、运输布置等情况下, 对比分析各种基本断面形式之后, 最终确定巷道按照沿顶进行掘进, 断面高宽为205cm×400cm。

支护设计通常是采用锚杆支护。但是根据实际研究表明, 支护方式的选用和大倾斜角煤层端面距离以及顶板冒落高度共同决定的。比如, 端面距和冒落高度都约1m, 就可以在发生冒落的部位插入钢针, 加强顶板结构整体稳定。如果在采煤作业过程中遭遇厚度较厚的煤层, 由于上部压力较大, 其下沉速度会大幅增加, 导致冒顶事故发生的概率变大。在该采煤工程中, 顶板锚杆选用高强度Ф18mm×2000mm螺纹钢, 托盘基本尺寸为10mm×120mm×120mm, 锚杆孔径Ф28mm, 锚杆之间间距为1m。此外, 还可以设置12mm的钢筋作为托梁, 使顶板锚杆实现联合支护。

通过上述内容可以看出, 在大倾角采煤技术的应用过程中, 关键点是机械设备使用和巷道设计布置, 只要解决这两个方面的问题, 就可以在采煤作业中深化大倾角采煤技术的应用, 提升采煤作业效率和质量。

3 大倾角采煤技术的推广

推广大倾角采煤技术具有十分重要的现实意义, 不仅有助于推进我国煤矿产业的进步发展, 也有利于提升采煤效率和安全, 增大经济效益。

3.1 推广大倾角采煤技术的意义

推广大倾角采煤技术的意义主要可以分为以下几个方面。

第一, 推广大倾角采煤技术有助于推动我国煤矿产业进步发展。近些年, 我国煤炭开采量逐步趋稳, 不再像以前那样具有大幅增长。这既是我国能源来源多元化的具体表现, 也是煤炭开采技术缺少创新发展的侧面反映。煤炭开采量逐步趋稳, 最主要的原因就是浅层易采煤层已经基本开采完毕, 一些埋藏较深或是开采难度较高的煤层尚未进行开采。因此, 需要在各个煤矿中推广大倾角采煤技术, 使从事大倾角煤层开采的企业能够在煤层开采过程中通过大倾角采煤技术实现煤层的深层次开采, 强化企业的经济效益。

第二, 大倾角采煤技术是采煤作业的实际需求。

第三, 大倾角采煤技术可以满足采煤作业高效安全的基本要求。大倾角采煤技术在巷道布置和机械设备使用上具有一定的优势, 可以切实排除传统采煤技术存在的一些缺陷, 优化采煤工艺流程, 促进大倾角煤层开采逐步向高效安全靠拢。

3.2 大倾角采煤技术的推广

要在煤矿开采中推广大倾角采煤技术, 需要从三个方面进行。

第一, 明确大倾角采煤技术的优势和特点。大倾角采煤技术适用于倾角较大的煤层, 一般设置有防滑装置, 关键点主要包括了支护、采煤机、运输机以及刮板机等。

第二, 明确大倾角采煤技术的适用范围。大倾角采煤技术主要适用于倾角较大的煤层。

第三, 明确大倾角采煤技术的使用方法。大倾角采煤技术的使用方法可以从采煤工作面的布置示意图上得到全面反映。其示意图如下图所示。

根据上图所示, 其中1为刮板运输机、2为液压支架、3为采煤机、4为端头支架、5为转载机、6为胶带输送机、7为动力列车、8为排头防滑装置、9为工作面防滑装置、10为排尾防滑装置、11为输送机防滑装置、12为超前支护。根据示意图, 就可以基本明确大倾角采煤技术的使用方法。

4 大倾角采煤技术的安全管理

4.1 回采工作面的安全管理

回采作业的安全管理主要可以分为三个部分, 即割煤作业、支架设置以及移架, 所以相应的安全管理也应该从这三个方面进行。在割煤作业中, 一般是下行单向割煤, 滚筒前部切割煤层顶部, 滚筒后部切割煤层底部, 这就要求采煤机的选型必须合理科学, 既要符合作业要求, 也要符合安全规程。同时采煤机的操作最好使用遥控操作, 避免煤块滚落导致人员受伤;在支架设置时, 主要内容就是防滑装置设置, 以顶梁为中心, 在满足防滑要求的基础上综合使用多种方式进行;在移架时, 正常情况下使用普通的方式即可, 在遇到意外事件时, 移架应该注意降低支架高度和控制顶板冒落。

4.2 刮板机安全管理

其关键就是对刮板机可能会出现的脱节问题进行预防, 通过对机尾和机头进行控制, 避免在输送过程中出现机尾或机头不移动的情况, 避免卡链现象发生。

4.3 滚矸的管理

滚矸是采煤作业中一类较为危险的情况, 需要通过合理的手段避免出现矸石滚动、滚落情况发生。最常用的做法就是设置挡矸栏来阻止矸石出现滚落。

5 结束语

大倾角采煤技术是应对大倾角煤层的有效的采煤作业技术, 在大倾角煤层中发挥出十分显著的作用。因此, 需要在实际工作中, 加强大倾角采煤技术的应用推广, 提高安全管理工作, 推动煤矿开采发展进步。

摘要：在采煤产业不断发展的背景下, 大倾角采煤技术逐步完善, 并且体现出来许多明显的优点。就我国煤矿资源的分布特点来看, 大倾角煤层的占比是比较高的, 因此深入研究应用大倾斜角采煤技术, 对于煤炭开采具有极其重要的意义。本文从大倾角采煤技术的技术要点入手, 着重分析了大倾斜角采煤技术的应用、推广和安全管理, 以期促进大倾斜角采煤技术在煤层开采中的应用, 提升采煤作业的安全和效率。

关键词：大倾斜角采煤技术,应用,推广,安全管理

参考文献

[1]刘玉军.大倾角采煤技术应用与安全管理[J].科技与企业, 2013, 13.

[2]刘栋.大倾角采煤技术的应用与推广[J].中国新技术新产品, 2014, 01.

大倾角采煤 篇5

伪斜柔性掩护支架采煤法是我国目前开采急倾斜煤层的主要方法之一, 而滴道盛和煤矿15#煤是该矿的主采厚煤层, 由于-230m水平15#煤倾角较小、煤层较厚, 这种情况下使用柔性掩护支架采煤法在国内无成功的经验可借鉴。该矿多年的生产实践证明:煤层倾角的大小对伪斜柔性掩护支架采煤法有很大的影响, 当煤层倾角小于55, 支架容易切入底板, 下放较为困难。单腿助单腿支撑实现支架在大倾角煤层 (35o~55o) 的顺利下放。根据《煤矿支护手册》关于柔掩架型选择认为:支架宽度为煤层平均厚度1m。长将架宽定为2m, 采用柔掩侧向放煤技术解决了厚煤层一次采全高的问题。

2 工程概况

煤层赋存条件:-230m, 水平15#煤为单层结构, 厚度较稳定, 平均4m, 倾角平均45o。伪顶为厚0~0.8m较软炭质岩, 随采随落;老顶为厚15~20m砾岩;直接顶为厚25m左右粉细砂岩;底板为厚20m左右的粉砂岩, 夹煤线2~3层。地质构造:在本区内, 东三西至中背斜轴煤岩层走向在165o~190o之间, 东三东至超龄向斜轴煤岩层走向在90o左右, 倾角43o~85o, 在两侧边界中背斜和超龄向斜轴附近煤岩层可能倒转, 岩层受挤压比较破碎。

3 伪倾斜柔性掩护支架采煤法

伪倾斜柔性掩护支架采煤法的特点是回采工作面成直线形, 按伪倾斜方向布置, 沿走向整体推进, 掩护支架是柔性的, 支架隔离采空区和回采空间, 工作人员在掩护支架的保护下进行采煤工作。

3.1 巷道布置。

岩石底板巷掘反眼到见煤点, 向同一方向掘进若干条煤巷上山 (即溜煤斜坡) , 各山之间用若干条煤层斜坡联络, 煤层斜坡间距为20~30m, 上山与斜坡的坡度均为23o, 形成回采条件。在边界溜煤斜坡上向反方向掘进安装柔掩护工作面, 其它溜煤斜坡与柔掩工作面掘透。

3.2 支架架型设计。

支架的架型设计既要考虑到适应煤层倾角、厚度的变化, 便于支架下放, 又要考虑尽量提高煤炭回收率和支架在以后工作面的重复利用, 还要考虑到工作面支架下要有足够的空间, 便于工人操作。根据本工作面煤层赋存情况和产状及顶底板岩性, 架型采用11#工字钢加工而成的“八”字型2m的矿制柔性掩护支架。

3.3 回采工艺。

伪倾斜柔性掩护支架采煤法的回采工艺主要有支架安装、支架的下放以及支架拆除3个环节。正常回采时工作面倾角23o, 沿煤层伪斜布置, 沿走向推进。正常回采期间主要有3项工作同时进行:在区段回风平巷内不断接长掩护支架;在工作面下端不断拆除掩护支架;在工作面掩护支架下采煤。掩护支架工作面目前一般采用爆破落煤, 所以掩护支架工作面采煤包括打眼、装药、放炮、铺溜槽出煤和调整掩护支架等工作。

4 伪斜柔掩支架采煤关键技术

4.1 单腿支撑迈步柔掩支架采煤法简介。

根据本工作面煤层赋存情况, 该面采用支撑式柔性掩护支架。单腿支撑式掩护支架的形式是在支架走向钢粱上每隔1m支设一棍柱 (即单腿支撑支柱) , 将架体提起, 下肢悬空, 以支点为轴, 在矸石压力作用下, 支架下移, 上肢端头移向顶板, 借助单柱支撑, 在煤层倾角为40o~50o时实现柔性掩护支架的迈步式下放。掩护支架下放的过程运动轨迹:工作面地沟眼偏煤层底板-侧布置, 爆破后铺溜槽先出底板-侧的煤, 挂溜槽后用长把工具除掉顶板-侧煤帮 (顶煤硬时爆破或用风镐放落) 。支架顶端失去支撑时, 在架后采空区矸石的推动下, 单腿以下支点为圆心, 顶起支架转动-个角度, 直到支架顶端靠到煤帮上, 到达指定位置, 支架下端和单腿支撑于指定点。再去掉单腿, 掩护支架下端落到底板上, 居指定位置下落到指定点, 最后适当清理上端煤壁、调整支架, 使其上端由起始点到最终点, 使支架在最终的状态与下放前相同, 再支单腿, 这样就完成了一次迈步式下放。

4.2 柔掩侧向放煤技术。

4.2.1利用扒煤原则使柔掩工作面支架的下肢逐步扬起, 并在下肢上每米打一根木支撑来保证支架的稳定, 沿工作面伪倾走向每隔5m布置一个侧放煤口, 宽2m, 并在放煤口挡好封塘木。4.2.2工作面每推进三循环 (即溜煤斜坡下推63m) 便开始在沿着工作面靠实体煤一侧煤帮部开一放煤口, 进行一次侧放煤。第一轮放煤将煤量放出60%, 第二轮将煤量放出40%左右, 为了提高回采率。可在2个放煤口之间, 增开一放煤口将原来两放煤口之间的“死煤”进行补放。在回采过程中, 要确定合理的放煤步距。首先, 认为放煤理论与金属矿的放矿理论相似;其二, 认为煤的塌落是一个椭球体;第三, 设定放煤方案, 即单轮顺序放煤、多轮顺序放煤、单轮间隔放煤。在放煤实践中, 放煤步距逐次定为12、15、2.0、3.0m等。经试验认为:每采两个循环即放煤一次, 放煤口间距5.0m, 每口最多放煤量300t。

5 生产中主要问题及处理方法

5.1 支架挂顶问题。

如支架已挂顶阻碍了支架下放, 可用打眼放炮崩去顶板岩石, 并使嵌入顶板一端的下放步距大于另一端, 控制下放步距, 架子恢复正常;如支架已啃底阻碍了支架下放, 可用打眼放炮崩去底板岩石, 并使嵌入底板一端的下放步距大于另一端, 控制下放步距, 架子恢复正常。

5.2 窜矸问题。

发生窜矸事故的处理方法:把窜矸处的空洞用笆片或木料堵上, 并采取相应的措施, 使支架在下一循环下放时落实在顶底两帮的煤台上。若为钢梁间窜矸, 可根据具体隋况, 用笆片、木料或型钢插堵并用铁丝固定。如果架端空洞面积较大除用笆片、木料堵塞外, 还可以每间隔一定距离用木梁或点柱支撑。

5.3 顶底板凸起不平问题。

当支架上肢切到顶板或遇到顶板突然凸起时, 支架落架困难, 此时, 采用的处理方法为:先用千斤顶向底板方向顶架, 然后打一加强支柱支撑下肢, 再用煤电钻破掉凸出的顶板, 慢慢落架使支架达到正常工作状态。当支架下肢切到底板突然凸起时, 先用千斤顶向顶板方向斜顶架, 使下肢离开底板, 然后用加强支柱支撑上肢, 再用煤电钻破掉凸起的底板, 或用导链拉下肢, 慢慢落架, 使之进入正常支护状态。

5.4 断绳故障与绳头抽头处滑移。处理方法:用一根10m长的钢丝绳加固在断绳或绳头滑移处, 两边各用3~5个绳卡子卡紧。

6 技术经济效果分析

矿区全部是急倾斜和大倾角煤层, 煤层变化大、褶曲多, 给煤炭的采掘工作带来众多困难, 长期以来, 一直延用陷落法采煤, 回采率较低, 大倾角厚煤层的回采问题没有得到根本解决。

经过几年来的现场生产实践, 表明柔性掩护支架采煤法和侧向放煤技术相结合、利用单腿支撑迈步的采煤方法是开采大倾角厚煤层一个新的、有效的采煤方法。它打破了传统的单-俯伪斜柔性掩护支架式开采的框架及巷道布置方式, 建立起新的采煤系统, 即在-个采区内应用2种采煤工艺、采煤方式进行合理的巷道布置和开采。这种采煤方法不仅简化了回采巷道布置与运输系统, 降低了巷道的万吨掘进率, 其万吨掘进率仅为245m (陷落法为465m) 。提高了资源的回收率, 其回收率达到93.8%, 与陷落法相比提高了25.8%, 提高了单产。

一年多来, 用新采煤法, 生产煤炭11.2万t, 少掘巷道2464m, 多回收煤炭资源2.52万t。

参考文献

[1]降栖凤.急倾斜煤层开采[M].北京:煤炭工业出版社, 1994, 9.

[2]邢福康.煤矿支护手册[M].北京:煤炭工业出版社, 1993, 6.

大倾角采煤 篇6

关键词：硬顶,软煤,软底,大倾角,综放采煤

本文通过不同的顶板以及开采条件下对现场的矿压观测, 对大硬顶软底软煤大倾角综放开采过程工作面的矿山压力所表现出的一般特征, 选择对工作面"支架一围岩"系统的稳定性以及回采工艺产生影响的基本参数, 评估工作面的主要装备适应性。本文认为:硬顶软煤软底大倾角工作面具有初次来压以及周期性的矿压显现, 并且来压具有先下部、然后上部、最后中部的特征。矿压沿倾斜方向分区特征比较明显。支架受载表现出了非常突出的不均衡性。上覆岩层的活动分区特征比较明显。“支架一围岩”系统稳定性在不同区域的表现也不相同。基于此, 本文认为硬顶软煤软底大倾角综放采煤可以采用以下技术:

一、工作面采用三机配套的技术

在煤层开采实践中, 可以考虑对坚硬顶板的处理、控制工作面的支护系统稳定性、放顶煤回采的过程及工艺设计等关键技术进行系统、深入的研究, 研制切顶效果比较好、对底板的比压较小, 能够抬底防陷以及顶梁伸缩护帮支撑掩护式的支架, 对坚硬顶板的防冲, 对软底板的防陷、松散煤层的防片问题能够提供有效解决。

1在采煤作业中利用"液压支架参数优化设计软件系统"对支架的结构进行参数的优化设计, 对主要支架结构和连接件进行综合强度校核以及可靠性的优化设计。

2选用支架时, 应该确保所选用的支架工作阻力能够达到4400k N。支架主要的受力部分用高强板, 使支架的整体刚度得以大幅度提高;控制支架重量, 同比支架的总重量降低20%左右, 使支架在工作面来压的时候既可以最大限度地限制顶板的下沉, 又可以有效防止煤壁的片帮, 避免开采架失稳。

3在支架之间进行防倒防滑装置的设置, 设支架底调缸, 能够起到"抬底"防陷及顶梁伸缩互帮的作用, 并且在支架发生钻底时能够进行有效调整;在上下端头应用过渡支架, 特别在下端头, 排头架间的联接能够控制支架下滑。这样的工作面支架工作性能良好, 稳定可靠, 能够适应硬顶软底软煤大倾角的复杂条件。

4选用适应性强、适合大倾角煤层作业的液压摆线轮销轨无链牵引采煤机。这种采煤机组合方式牵截合一, 机身比较短, 牵引力非常强, 具有制动灵敏、下切量大、操作方便的特点, 能够适应及调整工作面的采高。而且这种采煤机的变频控制技术能够有效解决通常采煤机的上坡启动下滑问题。

5为了适应软底大倾角工作面, 采用框架式封底结构的运输机, 是大底座的面接触方式, 减少了约80%的煤层比压, 有效避免运输机的钻底现象。为了防止运输机推溜时发生钻底, 采用反向的铲煤板。在后部的刮板输送机采用强度比较高的耐磨中板和优质合金钢的铲板槽帮组焊而成的中部槽整体结构。对推溜千斤顶和运输机的连接十字头进行改进, 除了前后运输机斜拉千斤顶外, 加设防滑块在中部槽的底部, 并且在支架的尾部设计了燕尾形的防滑装置, 同后部的运输机相联结。

6对主要设备的研制完成后, 合理设计并优化“三机”主要配套参数, 使其配合紧凑、适应性能良好、避免互相干涉, 紧密衔接硬顶软煤软底大倾角综放采煤各工艺流程, 保证工作面能够顺利进行。

二、优化巷道布置及回采工艺

控制工作面的分区域顶煤的放出工艺和参数, 对大倾角煤层工作面产量和开采支架的稳定性之间的矛盾加以解决。

根据工作面情况应当适当加大机采的高度, 减小放顶煤的高度, 使工作面的采出率得以提升。放煤和割煤平行作业, 使完成一个采煤、放煤循环的割煤的时间同放煤时间尽可能地接近, 甚至相等。割煤同放煤要协调进行, 尽量避免一次采放循环耗费时间过多。基于此, 可以对工作面的不同区域顶煤冒放性的关系及“支架--围岩”系统的稳定性进行深入研究。

根据工作面的具体情况, 确定9-10架支架长度作为不放煤的合理距离, 工作面分区域的顶煤放出量应当控制在大约1:3:2的合理比例。对机采高度与放煤高度、放煤方式、放煤步距、采放比等主要的回采工艺参数进行确定, 并且采煤机在割煤以后应当先移架, 空刀返回之后再推溜, 并且要逐步过渡工作面卧底, 不可以一次提刀或者降刀。

以上覆岩层的活动规律为根据, 利用上区段采空特点, 确保回风顺槽能够满足安全生产要求的前提下, 尽可能地使上区段岩层能够消除煤柱强度影响, 参与本区段上覆岩层的活动, 使本工作面有效长度能够延长, 形成大工作面, 提高“支架--围岩”系统稳定性以及顶煤放出率。

工作面的上部出口和回风顺槽的交汇区域设置柔性的调节段, 以确保工作面的支架工作状态正常, 同时为减架提供方便。要注意控制参数和实行工序的控制, 保证“支架--围岩”系统动态稳定, 避免发生安全事故。

对工作面的伪倾斜角度进行调整, 解决工作面的设备下滑和溜子上窜的问题。在一般条件下, 如果溜子上窜, 就将工作面调整成为伪俯斜。如果溜子下滑, 就将工作面调整为伪仰斜。调整的角度以实际的上窜或下滑量为依据确定, 但是通常在8°以下。

三、硬顶超前预爆破的控制技术

用超前预爆破的方法控制、处理坚硬顶板, 消除顶板大块度的冒落及大面积悬露引起的冲击性矿压以及由此造成的工作面围岩的灾变隐患。

基于大倾角煤层顶板坚硬的特点, 根据爆破后顶板的移动及充填特征对两巷内钻孔的布置方式、炮孔的基本参数、工作面的矿山压力特征以及超前爆破区域匹配及适应参数, 确定适合坚硬顶板的超前爆破弱化的原则:非等长, 多炮孔, 非均匀, 大药量, 高层位, 低震动。坚硬顶板弱化处理既能保证坚硬顶板的有效垮落及矿山的压力对顶煤产生的有利作用, 又能防止过度破碎的顶板形成漏冒对顶煤的回收及煤炭质量造成影响, 同时, 采煤和顶板预爆破能够实现平行作业, 能够很大程度上提高工作面的劳动生产率。

四、工作面基本安全保障技术

充分利用矿井的安全生产综合检测系统, 加强对工作面的通风系统、上隅角以及冒落空洞的管理, 对瓦斯异常的区域瓦斯积聚及涌出进行有效解决, 防止工作面发生瓦斯事故。工作面的回采工序中, 运用主要设备及控制点洒水、煤层注水等手段, 降低粉尘浓度, 使工人的作业环境得到有效改善。

在工作面的基本支架上设置必要的护帮板, 在追机作业的的过程中及时对煤帮与顶板进行支护。支架的顶梁每间隔10架安装挡矸帘, 保证其距溜子地面的净高小于0.6m。工作面前部的刮板输送机和支架之间, 隔10架安装可开关挡矸门, 并且确保其能够处于常闭的状态, 对行人设备进行必要的改设, 创造安全性能良好的行人通道, 防止上部滚落物体伤人。

结语

硬顶软煤软底大倾角的煤层埋藏条件非常复杂, 煤层开采具有很大的难度。大倾角煤层除了要在技术、设备上进行创新, 保证大倾角采煤效率, 还要严格执行各项安全生产措施, 严格落实管理人员责任制度, 规范工作面管理及生产程序, 提高工人技术操作水平与素质, 培养出技术熟稔、素质优秀的综采综放队伍。

参考文献

[1]任世广, 解盘石, 伍永平, 黄国春, 贠东风, 廖由俊, 周登辉.大倾角煤层综放工作面“降坡段”布置方式[J].煤炭工程, 2010 (12) .

[2]张艳丽, 李开放, 任世广.大倾角煤层综放开采中上覆岩层的运移特征[J]西安科技大学学报, 2010 (2) .

[3]伍永平, 解盘石, 任世广.大倾角煤层群开采岩移规律数值模拟及复杂性分析[J].采矿与安全工程学报, 2007 (04) .

大倾角采煤 篇7

1.1 煤层情况

该工作面煤层厚度2.8~4.5m, 平均煤厚3.1m, 为复杂结构煤层, 在煤层中下部距离底板0.6~1.1m处, 有一层厚约0.1m的粉砂岩夹矸, 为无烟煤。

1.2 顶底板状况

本面北部煤直接顶板为中砂岩灰色, 以石英为主, 长石次之, 下部含泥灰团块, 分选好, 钙质胶结, 厚度21m, 南部直接顶灰黑色粉砂岩, 泥质胶结易破碎, 厚0~7m, 局部有细砂岩, 灰黑色;底板为灰黑色粉砂岩, 泥质胶结夹细砂岩薄层, 薄层状, 水平层理, 厚度5m。

1.3 地质构造情况

本面在掘进过程中共揭露出17条断层, 其中上巷6条, 下巷3条, 中间巷7条, 其中过F12断层有冒顶, 切眼1条, 由于落差较大有10米全岩巷道, 破顶总长30米, 造成切眼大于30°坡的巷道有37米长。

1.4 水文地质

2214下巷共施工4个底板疏水降压钻孔, 将煤层底板下伏青灰岩及其下巨厚火成岩裂隙承压水施放减压, 放水量在50~120m3/h, 该地区的底板承压水水位由最初的~250m下降至约~300m, 降低了底板承压水的压力, 使2212面底板水突水机率大大降低;根据物探报告底板最大水量70~80 m3/h, 一般水量10~20m3/h;综合顶底板情况, 本工作面最大涌水量90~120 m3/h, 一般涌水量10~25m3/h。

1.5 瓦斯、煤尘自燃等特征

煤的自然倾向等级为III类, 不易自然, 煤尘不爆炸, 本面属于高瓦斯区, 煤层绝对瓦斯涌出量8.20m3/min。

2 设备选型

2.1 工作面采场支护强度计算:

按采煤工作面质量标准规定, 合理支护强度的计算, 2212工作面支架需要承受的荷载为8倍采高的岩石重量。

顶板压力Q=8×采高×岩石容重×工作面长×支架最大控顶距

工作面共需要有80台液压支架

2.2 ZY6000/21/42型液压支架特征 (见表1)

可见F>Q, 所选支架的工作阻力能满足支护要求。

根据2212工作面的采深、地压, 此种支架的工作阻力、初撑力、对底板最大比压, 均满足2212工作面条件 (见表2) 。

3 采煤工艺

采用MG300/700-WD1煤机割煤, 截割深度0.6米, 两采一准, 两端头斜切进刀。

4 本工作面实际测定矿压参数: (见表3)

5大倾角高架工作面顶板管理

5.1液压支架在顶板管理中出现下滑、尾粱倒架、咬架、挤架原因分析:5.1.1液压支架下滑。2212工作面, 受断层影响, 局部倾角达到37°, 煤层松软, 顶板非常破碎, 常发生冒顶事故, 造成顶空, 支架不接顶, 没有足够的初撑力, 受煤层及自重倾向下滑力的作用, 液压支架尾发生下摆, 产生向下的滑动, 造成顶梁倾倒及尾粱下滑。5.1.2液压支架挤架。当支架出现下滑时, 顶梁侧护板在下滑力的作用下将会收缩。如果相邻支架稳定状态较差, 将会出现几组支架同时下滑的现象, 顶梁滑动, 侧护板在较大下滑力的作用下收缩量累计增加, 造成支架间距减少, 而形成挤架。5.1.3当局部发生挤架后, 其上部支架间距将自然增大, 在移架过程中, 由于支架处于活动状态, 稳定性较差, 在下滑力和支架自重分力的作用下, 顶梁易偏向架间距超宽的方向向下倾倒, 由此支架会产生上下错位, 当错位高度超过支架顶梁厚度时, 咬架、倒架将接踵而至。

5.2 防止液压支架下滑、挤架、咬架的措施:5.2.1根据煤体松软情况, 割煤移架, 严格执行跟机移架操作, 同时割煤后应及时推出伸缩梁, 做好及时支护, 护好暴露的顶板及煤壁。5.2.2移架操作必须严格执行带压擦顶移架, 严禁支架大起大落, 降架高度不得超过100mm, 移架前必须清理好架前和架间浮煤, , 以减少移架阻力, 。移架时, 活动侧护板收缩量以能顺利移架为原则, 不得将活动侧护板一次收完, 防止架间流碴。5.2.3液压支架移到位后, 活动侧护板必须立即推出, 同时确保距支架中心1.50m±0.05m, 均匀布置。5.2.4伪斜开采是防止支架上窜下滑的有效措施, 根据2212工作面实践, 下端头超前工作面, 和工作面成93°较为合适, 既能抵消支架在推移过程中的下滑累计误差, 又能保证支架与溜子槽处于垂直状态。5.2.5由于受断层影响, 顶板呈锯齿状, 造成支架高低不平, 容易错架, 要降低采高, 2212面使用的是ZY6000/21/42型支架, 最低高度为2.1米, 最大高度为4.2米, 采高控制在2.5-3.0之间为宜, 对于片帮处, 要及时的对裸露的顶板进行锚顶加固, 防止掉顶, 对于掉碴处注浆加固。5.2.6高架工作面在大倾角煤层, 发生片帮冒顶事故后, 要停止一切工作, 应采取的方法是, 使用阻燃化学注浆液, 对煤体及顶板注浆加固;在冒顶区以上顶板完整的地方, 向上打单体柱戗柱稳定支架;然后在冒顶区上方开始用半圆木棚顶触帮, 棚顶前, 先使用风管在冒顶区吹风, 稀释顶板瓦斯, 待浓度降到1%以下时, 人员站在安全位置, 用长柄工具, 找掉活碴危石, 然后派有经验的老工人观顶, 在冒顶区上头的第一架前, 紧靠煤帮挖柱窝, 打煤帮柱, 柱上放长木, 一端在柱头, 一端在架上, 向下相隔2架, 打同样的帮柱和长木, 柱与柱间的长木上, 用至少两根轻轨或铁管连接, 一人上到支架上, 紧贴冒顶区上帮, 使用半圆木摆“#”字架接顶触帮, 从上向下, 以此打柱摆架接顶, 为防止移架时木架散架, 使用注浆液在木架上进行喷浆加固, 形成一体;如果煤壁前碎顶没有完全掉落, 看不清什么情况, 不要再动架, 以免掉更多的碴, 应用注浆的铁管打到碎碴中, 进行注浆, 使碎碴形成一个整体, 移架时不掉碴。在2212工作面生产中, 有过惨痛的教训, 不采取以上措施前, 冒顶后, 在移架中, 工作面倾角大, 上覆岩层向下滚落越掉越多, 支架不接顶, 造成挤架、倒架现象的发生, 直至瘫痪、停产, 给生产造成严重后果, 最后, 用去了大量的注浆液, 对顶板和煤壁进行了加固, 才能调架。一般需要一星期以上时间调架, 才能移动支架, 恢复生产。2212面, 生产期间共用去瑞其Π等化学注浆液414吨注浆加固, 浪费了大量人力物力。5.2.7使用单体柱向上进行调架, 非常危险, 也非常难调, 调架时, 在加固顶板的前提下, 采取收缩或推出活动侧护板与单体柱配合措施, 调整支架顶梁、尾粱、底座状态。一般情况应自上而下, 处理过程严格执行“边处理边调架”的原则。调整后应对所调支架加打单体柱 (戗柱) , 以增强支架稳定性。

摘要：陶二矿2212工作面工作面, 倾角20°～37°, 局部受断层影响可达到37°, 平均22°, 走向长550m, 倾斜长60-120m, 面积57330m2, 煤厚3.0m, 容重1.75t/m3, 可采储量290475吨, 外面58米长, 推采92米后, 和里面对接。本面2009年12月份投产, 2011年元月份结束, 共采煤287606吨, 平均月产量20500吨, 在回采过程中, 歪斜倒架及支架下滑事故在过断层期间时常发生, 组织正规循环难度较大, 造成单产、工效较低。

大倾角采煤 篇8

关键词：节理倾角,采煤沉陷,遍布节理模型,影响机理

主采煤层覆岩中发育的节理等地质破裂面,使层状连续介质变成似连续介质甚至块裂介质,直接影响到岩体力学性质和破坏方式。谢和平教授等通过相似材料模拟,系统地研究了初始节理对岩体采煤沉陷的影响规律,运用损伤力学理论分析了节理在岩体沉陷中的作用,建立了地表移动特征值与岩体损伤变量的经验关系[1,2,3];邓喀中采用断裂力学、损伤力学相结合的方法,分析了节理对岩层及地表移动的影响,采用弹性梁、板理论推出了岩体内部移动计算式[4];夏玉成通过数值模拟得出节理密度越大,其对采煤沉陷的影响越大的结论[5]。笔者在上述研究的基础上,根据陕西某矿区主采煤层覆岩结构及其物理力学性质资料,利用FLAC3D软件建立遍布节理实验模型,通过不同模型的数值实验对比分析,主要研究了覆岩中节理的倾角对地下开采后地表沉陷特征的影响,得到一些与以往认识有所不同的实验结果。

1 遍布节理模型的建立

1.1 FLAC简介

FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)是由美国Itasca公司开发的显式有限差分程序,能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏或塑性流动的力学行为,分析渐进破坏和失稳,特别适用于模拟大变形。FLAC设有多种本构模型,另外,程序还设有界面单元,可以模拟断层、节理和摩擦边界的滑动、张开和闭合行为。此次模拟采用的是其中的遍布节理模型,即“ubiquitous joint model”。

FLAC采用显式算法来获得模型全部运动方程的时间步长解,从而可以追踪材料的渐进破坏和垮落,此外,程序允许输入多种材料类型,亦可在计算过程中改变某个局部的材料参数,用来提供采动区域的垮落过程和开采中的充填过程。

1.2 数值计算模型

数值模型以陕西某矿区钻探资料为依据建立,岩层产状近于水平;所模拟岩层的物理力学参数如表1所示,节理面的物理力学参数如表2所示,所模拟节理倾角为0°~90°,间隔10°;节理面倾向0°(在FLAC中x正方向为0°)。模型尺寸为1 000 m×20 m×432 m,开采深度为400 m,开采厚度为2 m,共划分18 000个单元,采空区尺寸为320 m×20 m×2 m,采空区距离边界各340 m,如图1所示(x正方向指向模型的右边界),图1中的短斜线表示模型中的节理。按表1所列数据建立无节理模型,与节理模型进行对比分析。

在对模型开挖以前,首先进行自平衡处理。模型左右边界定为单约束边界,取u=0,v≠0,w≠0(u,v,w分别为x,y,z方向位移);模型前后边界定为单约束边界,取u≠0,v=0,w≠0;模型底边界定为全约束边界,取u=0,v=0,w=0;模型上边界定为自由边界;破坏准则选用摩尔—库仑准则,全部垮落法控制顶板。

2 计算结果分析

2.1 地表及覆岩移动特征

数值模型参数除节理倾角不同外,其余参数均相同。模型计算所得地表最大下沉值如表3所示。

从表3中可以看出,由于节理的发育破坏了煤层覆岩的连续性,导致煤层采出后地表的下沉量明显增大;同时,由于节理倾角的不同,使得采空区上方岩体的移动方向发生变化,如图2所示,箭头表示开采方向,亦表示节理倾向。

从图2可见,近水平覆岩中发育有水平节理与垂直节理时,地表最大下沉点位于沉陷盆地的几何中心;节理倾角为30°时,地表最大下沉点向节理倾向方向(工作面前进方向)偏移;节理倾角为60°时,地表最大下沉点向节理倾向相反方向(采空区方向)偏移。

2.2 最大主应力分布特征

因为节理倾角不同,在煤层采出后覆岩中最大主应力的分布特征也有明显的变化,如图3所示,图3中的粗曲线范围内表示拉应力区。从图中可以看出,当节理面水平时,最大主应力以采空区中心线为轴对称分布;当节理倾角为30°时,工作面前后煤壁附近的应力分布未发生明显变化,拉应力在终采线上方斜向地表延伸,方向基本与节理面垂直,而在开切眼附近则斜向下贯通,方向基本平行于节理面;当倾角为60°时,开切眼附近的煤壁压应力值明显高于终采线附近煤壁的应力值,拉张应力基本沿节理面的方向延伸;当节理倾角达到90°时,应力以采空区中心线为轴对称分布,拉张应力分布范围较倾角为0°时有所增加而数值有所减小,拉应力外的压应力区分布集中且直达地表。

2.3 地表下沉曲线对比

在上述模型计算的基础上,通过FLAC3D中的fish编程提取出沉陷盆地走向中心线上地表下沉值进行对比,为简化图形,仅对节理倾角为0°,30°,60°,90°及无节理发育情况下的地表下沉曲线进行对比,结果如图4所示,图4中箭头表示开采方向和节理倾向。

从图4中可以看出:①当近水平覆岩中有节理发育时,采煤引起的地表最大下沉值明显增大;②当节理面水平或直立时,地表下沉值最大,且前者的下沉曲线呈“漏斗”形,而后者的下沉曲线呈“钟”形,地表沉陷幅度较大的区域大于前者;③节理倾角为30°时,地表最大下沉点偏向终采线,节理倾角为60°时,地表最大下沉点偏向开切眼;④节理倾角为30°时的地表下沉值大于60°时的下沉值。

3 节理倾角对地表最大下沉值影响的机理分析

如图5所示,设N为覆岩中某一单元体所受重力,σn,τn分别为作用在节理面上的正应力和剪应力。对于水平和低角度节理,作用在节理面上的正应力大于剪应力,当正应力超过节理的抗拉强度时,覆岩中发生垂直于节理面的拉破坏,在垂直节理面的方向上出现较大幅度的移动,因而地表最大沉降点向节理面的法线方向偏移(见图5(a))。随着节理倾角的增加,节理面上的正应力减小而剪应力增大。当节理面的倾角达到45°时,正应力和剪应力相等(见图5(b))。节理倾角大于45°时,剪应力大于正应力,在覆岩中易于发生与节理面近于平行的剪切移动,因而在节理面向地表延伸的方向上出现较大幅度的移动,但由于节理面上摩擦力的作用,地表最大下沉值相对节理倾角较小时有所减小(见图5(c))。当节理倾角达到90°时,作用在节理面上的正应力为零,摩擦力最小,地表下沉量又会显著增大。

4 主要结论

1) 节理加剧采煤沉陷。与不存在断层和节理的连续介质相比,当煤层覆岩中因有节理发育而成为似连续介质时,采煤沉陷幅度会有明显增大,低角度(小于30°)节理和高角度(大于70°)节理对地表下沉的加剧效应尤其突出。

2) 节理面的倾角影响沉陷盆地的几何特征。开采近水平煤层时,覆岩中的水平节理或直立节理使沉陷盆地以采空区中心为对称轴;当节理倾角小

于45°时,沉陷盆地向节理倾向方向偏移;当节理倾角大于45°时,沉陷盆地向节理倾向的相反方向偏移。

3) 查明主采煤层覆岩中的节理发育特征,有助于提高采煤沉陷预计的准确性。

参考文献

[1]谢和平,于光明,杨伦,等.节理化岩体开采沉陷的损伤统计研究[J].力学与实践,1998,20(6):7-9.

[2]XIEHEPING,ZHOUHONGWEI.Application Of Flac ToPredict Ground Surface Displacements Due To Coal Extraction And Its Comparative Analysis[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,1998,18(4):397-401.

[3]于广明,谢和平,张玉卓,等.节理对开采沉陷的影响规律研究[J].岩土工程学报,1998,20(6):96-98.

[4]邓喀中.开采沉陷中的岩体结构效应[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994.