大倾角煤层开采技术

2024-09-23

大倾角煤层开采技术（精选8篇）

大倾角煤层开采技术篇1

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、润滑效果好。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。采煤机摇臂润滑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) .

大倾角煤层开采技术篇2

【关键词】大倾角煤层；综采工作面；伪斜布置；液压支架稳定性；二次改造

液压支架稳定性及整体设备可靠性是大倾角煤层综采工作面开采面临的关键问题，由于倾角的影响，液压支架的重力在法向及切向分量随工作面倾角增大而变化，致使切向分量增大而法向分量减小。为此，工作面液压支架支护系统所受的承载力变小，而引起液压支架支护系统整体失稳的侧方外力增大，液压支架重心落到底座之外，导致工作面设备下滑、倒架及支架之间挤、咬现象加剧恶化。因此，急倾斜煤层综采工作面液压支架稳定性控制的重点不仅是提高液压支架整体支护系统的工作阻力，加强急倾斜煤层采煤工艺优化和支护系统的稳定性也是工作的重中之重。

1.四井田煤矿急倾斜煤层生产概况

乌鲁木齐环鹏有限公司矿业分公司四井田煤矿大倾角煤层储量比重较大，煤层倾角大部分在28°～35°之间，水文地质构造复杂，地层产状变化较大，煤层顶底板富水性强。该矿03工作面大倾角综放条件下，由于煤层倾角达35°、支架重心大大偏离支架底座，开采设备稳定性差，尤其是支架稳定性差，加之煤层松软，煤壁易片帮，易发生支架围岩事故，进而影响采煤机和刮板输送机的稳定性，甚至使整个生产系统陷于“瘫痪”。

控制急倾斜综采工作面的主要技术措施有以下三种：一是在生产过程优化采煤工艺，合理布置机风巷位置，使工作面呈伪斜布置，使工作面倾角降低；二是对液压支架进行改造，增加支架防倒防滑的功能，确保支架的稳定性；三是在回采工作面下部做圆弧，使过渡架及下部支架的角度大大减小。

2.伪斜布置工作面控制液压支架稳定性

工作面煤层倾角是影响液压支架稳定性的主要因素，如果将综采工作面伪斜布置，就会适当的减小工作面的倾角，此方法是控制工作面液压支架稳定性的有效措施。仰伪斜综采工作面布置方式如图1所示，采用仰伪斜布置，即运输巷道超前回风巷道一定距离S，工作面的倾角由α变为α伪，根据相关几何关系，α伪<α。

由伪斜工作面布置情况图所示，综采工作面采用伪斜布置有以下特点：①采用伪斜布置后工作面倾角α伪比煤层倾角α小，工作面液压支架及其它主要设备稳定性均有所提高，控制较为容易；②液压支架采用自下而上方式顺序移架，有利于工作面下方液压支架（已移到位，并调整好）作为工作面上方液压支架移动的导向与稳固支点。该技术的核心工作在于工作面伪倾角及超前量的确定。

根据相关立体几何关系，得出伪斜工作面伪倾角及超前量的表达公式为：

以上分析可知，当L一定时，上仰角β伪随S、α的增大而增大，L越长这种影响越不明显。对于急倾斜煤层，煤层的倾角远远大于煤块的安息角（一般20°左右），综采工作面采落的煤块会自然向工作面下部滚落，极易越过刮板输送机的挡煤板滚落至液压支架的人行通道，造成伤人损坏设备事故，当上仰角β伪过大时，更易使滚落的煤块越过输送机挡煤板窜入液压支架下面的人行通道，使此类事故加剧恶化。为此，确定上仰角β伪时不应过大，一般选取

7°左右。则把工作面相关数据带入上述公式得超前量S为9.95m。通过实际生产中检验，在50左七片煤层条件下，综采工作面伪倾角应控制在6°～8°，下端头超前上端头9.95m，可以满足该急倾斜综采工作面控制支架和溜子不上下窜的要求。

3.液压支架二次防倒防滑改造

综采工作面在急倾斜状态下，液压支架在移架等生产作业过程中，在自身重力分量及顶板岩层压力作用下会出现整体下窜或局部一架或几架液压支架下滑的现象，造成液压支架挤架、倒架、咬架和支架整体下滑等事故，严重影响工作面的正常生产与安全；推溜过程中，刮板输送机下滑或随支架下窜，从而影响生产进度或无法进行正常的安全生产作业。为防止支架下窜，四井田煤矿针对该矿所使用的液压支架特点让郑煤机设计并制作了防倒防滑装置如下：

3.1前三架的防倒防滑

（1）前梁防倒装置

在液压支架前梁部位设计了防倒装置，三架支架为一组，连成一体。用ф22×86-C大链和千斤顶连接。千斤顶采用护帮千斤顶，技术指标：缸径/杆径 ф80/ф60mm；推力/拉力 158/69KN；行程 380mm。

（2）底脚防滑装置

在液压支架推移调底装置上焊接了连接销，并用液压千斤顶和转向节连接，设置了防滑装置，三架支架相互连接成为一组。采用护帮千斤顶技术指标：缸径/杆径 ф80/ф60mm；推力/拉力 158/69KN；行程 380mm。并在后四连杆，隔一架设一组防滑装置，采用护帮千斤顶。

（3）后座防滑装置

在液压支架后座上设置导链筒，用型号为ф22×86-C大链和液压千斤顶连接把第一架支架和第三架支架连接在一起，液压千斤顶技术指标：缸径/杆径ф100/ф70mm；推力/拉力 251/128KN；行程 700mm。防滑装置布置如下图2、3所示，采用邻架操作方式。

3.2 中间架的防倒防滑控制

推移工作面中间支架时，以下架液压支架的侧护板为上架支架的导向，调整下架底座，调液压千斤顶顶住本架底座，并辅以本架推移杆，前移液压支架，当推移到位后，升架接顶。依次类推前移上一架液压支架直至机尾。操作时均采用邻架操作方式，在上架支架下方操作下架。

4.回采工作面下部做圆弧，使过渡架基本水平

大倾角工作面支架倾斜、下滑、倒架的主要原因是工作面支架支撑力不够，再加上四井田煤矿属于三软煤层，即使支架初撑力达到设计要求，但支护时间较长时，由于煤层、顶底板属于三软煤层，遇水、风化以后变的酥软，造成支架支撑力不够，支架失去稳定性，因此支架在自重的作用往下滑，容易造成倒架。为了防止支架下滑，失去稳定性，四井田煤矿制定了防滑措施之一就是在工作面下部做圆弧，圆弧长度保持在10-15m，这样以来工作面下部支架基本上处于水平面，可以有效的防止上部支架下滑，有效防止工作面支架倒架现象。

5.液压支架稳定性控制效果评价

在四井田煤矿03大倾角综采工作面推进过程中，现场统计了支架的液压信息、支架立柱倾向倾角、支架顶梁俯仰角、支架推运夹角等参数，统计数据表明，液压支架的上述参数均在合理的控制范围之内，工作面推进正常，没有出现大范围的影响工作面正常生产的液压支架倾倒下滑事故。

6.结语

大倾角采煤工作面实现综合机械化开采是一项较为复杂的系统工程，工作面液压支架尤其是下端的排头支架是整个工作面防倒防滑的基础。现场生产实践表明，采取工作面伪斜布置使工作面倾角降低和对液压支架进行二次防倒防滑改造，可以有效控制急倾斜工作面液压支架的稳定性，保证大倾角煤层综采工作面安全高效开采。

参考文献：

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[3]崔景昆.大倾角综采工作面设备稳定性的探讨[J].煤炭工程， 2003 （5）.

[4]霍志朝，章之燕.大倾角综采工作面设备下滑控制技术实践[J].煤炭科学技术.32卷第6期.

大倾角煤层开采技术篇3

平顶山天安煤业股份有限公司五矿二水平己二扩大采区回采的己16.17煤层不稳定, 平均厚度3.5m, 最厚10m以上, 煤层赋存状况比较不稳定, 出现鸡窝煤的状况, 且存在地质构造极其复杂, 煤层节理、裂隙发育, 层理紊乱, 倾角及煤层走向变化较大, 煤层倾角局部地段达到35°以上, 属于煤与瓦斯突出煤层, 煤炭自然发火期短, 同时该工作面为下分层开采。对于具体的地质条件在工作面回采过程中顶板控制、综采设备防滑、煤壁片帮对生产管理产生了极其严重的制约因素。

2 工作面概况

己17-22202综采工作面为五矿二水平己二扩大采区西翼第一个区段, 该工作面周边煤层已采完, 形成孤岛工作面, 该工作面斜长150m, 走向长度500m, 煤层平均倾角20°, 局部最大倾角35°以上, 工作面从机头位置向上以17°上山掘进, 中间地段以20°下山掘进, 上半部分以35°上山掘进, 工作面形成一个平躺的“Z”型, 且工作中间地段揭露一条落差为8m-30m的正断层, 由于受断层影响采面中间形成一个背斜构造, 局部倾角最大达到35°以上。

3 破碎复合顶板下分层顶板管理技术

3.1 综采工作面压力监测与控制

工作面沿走向直线把支架从机头至机尾均匀分成10个组, 每组支架的中间三组支架设一个压力监测分站, 分站仪器安设在中间支架架箱中, 然后将仪器上的压力管路联通, 以便监测支架受力的相关参数。每班设专人对压力监测数值进行收集分析, 对液压支架工作阻力、初撑力达不到要求的进行量化细化、对比分析, 找出具体的原因, 采取具体的措施。

对液压支架进行巡回检查制度, 每天安排专人对支架进行摸排检修, 查找液压支架的“跑、冒、滴、漏”等现象, 同时每班对液压支架的立柱安全阀组进行检查, 确保液压支架完好, 使液压支架的初撑力和工作阻力满足设计要求和生产要求。

3.2 综采工作面顶板控制技术

在综采工作面生产过程中顶板控制是实现安全生产的重要因素。该工作面顶板管理主要从液压支架管理和工作面工程质量管理着手, 在液压支架管理中, 要及时调整液压支架, 确保支架不出现咬架、倒架、挤架和错差架, 使支架垂直工作面顶底板, 支架的最大仰角不超过7°。在工程质量管理过程中, 使工作面达到工作面平直、运输机平直、液压支架平直、工作面煤壁平直、工作面上下出口畅通等。

顶板管理过程中要及时拉超前架, 减少工作面在回采过程中顶板暴漏的时间, 使工作面顶板能及时有效地得到支护, 及时控制矿山压力对顶板造成的破坏, 对与综采工作面构造地段和顶板破碎地段, 要超前维护和及时维护, 延工作面走向架设木棚, 同时在顶板控制不住的情况下载架棚子前上双层金属网, 在煤壁侧架设木梁腿子, 有效的控制矿山压力的煤壁的二次破坏。

4 破碎复合顶板综采设备管理技术

4.1 液压支架防滑

由于该工作面受煤层倾角影响较大, 在工作面局部地段倾角达到35°以上, 支架在自身重力和工作面倾角的共同影响下, 极其容易向机头方向倾倒, 支架倒架后, 不能给工作面顶板造成有效的支护, 导致压力超前移动, 破坏煤壁的完整性, 从而失去有效的支护。针对该工作面的具体情况, 在支架过程中主要采取防滑措施, 在每5组支架的相邻支架中采用支架的护帮板和直径30mm以上的运输机链子相配合拴住相邻支架下的四连杆结构, 在支架自身重力倾倒的方向添加一个轴向力, 使支架在自身重力与添加的轴向力相互抵消, 减小支架向下倾倒的纵向力, 从而确保了支架不出现下滑倾倒, 使支架在最大程度上达到设计的工作阻力和初撑力, 满足安全生产的需求。

4.2 可弯曲刮板运输机的防滑

在大倾角工作面, 由于运输机受自身重力及工作面煤层赋存角度影响, 运输机极容易下滑, 造成设备损坏, 同时降低了支架推移千斤顶轴向力推力, 使运输机推不到位置。防止刮板输送机在大倾角工作面使用过程中下滑, 在工作面回采过程中要科学合理地调整工作面的伪倾斜, 使工作面与机巷形成一个钝角, 增大运输机的摩擦力, 人为地在运输机自身重力的方向和液压支架轴向推力方向, 形成一个合力, 在最大程度上消减运输机的下滑力, 确保运输机在正常回采过程中不出现大幅度下滑。同时在工作面坡度较大地段, 操作运输机时进行分段作业。

在与大倾角极其不稳定煤层过地质构造时, 对于顶板控制更为艰难, 在过地质构造前, 先对构造的具体情况进行详细的对比分析, 制定过构造的详细方案, 提前对构造影响地段按措施进行施工, 最大程度地减小构造对生产的影响, 最小程度地降低人力物力的投入。

总之, 通过对大倾角极其不稳定煤层破碎复合顶板下分层开采技术的不断摸索与探讨, 对大倾角综采设备的防滑、极其不稳定煤层下分层开采过程中顶板控制等方面, 取得了一定的技术经验和技术借鉴。

参考文献

大倾角煤层开采技术篇4

关键词：大倾角煤层,力学行为,应力应变,围岩控制

大倾角煤层一般是指倾角为35°～55°的煤层[1]。我国煤层倾角在35°以上的煤炭储量占17%,因此大倾角煤层的开采越来越受到重视[2,3,4,5]。开采大倾角工作面上覆岩层运动规律、采场矿压显现规律与缓倾斜煤层开采条件下有很大差别[6]。对比一般缓倾斜开采,大倾角煤层开采后,其上覆岩层运动和破坏的影响范围将向采空区上部边界偏移,而且随着倾角加大,这种影响也更为明显。当倾角大于70°时,垮落区可能波及到采空区上部未采煤层。对于大倾角工作面上覆岩层运动破坏及其应力分布规律主要立足于现场实测研究和系统的理论研究[7,8,9,10]。因此,正确分析大倾角工作面上覆岩层运动和破坏特征、支承压力分布规律及其对开采的影响,并采取有效的手段控制工作面顶板和巷道是确保大倾角工作面安全开采的关键问题。研究和掌握大倾角工作面开采过程中顶板运动规律及矿压显现特点,适时采取有效措施安全开采,对减少顶板事故,提高资源回收率,降低消耗,增加矿井经济效益,具有较大的实际意义。

1大倾角煤层走向长壁综采工作面矿压显现

以四川华蓥山广能集团绿水洞煤矿的大倾角煤层6134综采工作面为例,对矿山压力显现进行了较系统的观测。6134综采工作面(煤层厚度2.60～2.85 m,倾角25°～36°)矿山压力显现观测的主要数据见表1。

通过对表1的观测结果分析,大倾角煤层走向长壁工作面(倾斜布置)的矿山压力显现具有时、序、强度不一的复杂性,易于导致“R—S—F”(结构型荧光分子传感器)系统动态失稳,从而引发安全事故。因此,有必要对由于倾角增大后围岩(特别是顶板)的破断和运动规律进行深入研究。

2 数值模拟计算模型的建立

2.1 计算几何模型的确定

由于地质条件沿煤层走向基本一致,笔者采用ABAQUS工程软件在煤层倾斜方向建立二维模型,模型长200 m、宽200 m。模型上部采用应力边界,左右两边采用水平位移约束,下部采用竖直位移约束,如图1所示。

2.2 岩石力学参数的选取

计算中采用莫尔—库仑(Mohr-Coulomb)屈服准则判断岩体的破坏公式:

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式中:σ1、σ3分别是最大和最小主应力;C和φ分别是黏聚力和内摩擦角。

当fs>0时,材料将发生剪切破坏。在通常应力状态下,岩体的抗拉强度很低,因此可根据抗拉强度准则判断岩体是否产生拉破坏。模型所涉及的岩、土体物理力学参数见表2,其中,B和S是由岩、土体的弹性模量E和泊松比μ确定的:

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3 数值模拟结果与分析

图2为开采过程中围岩最大主应力云图,从图中可以明显地看出开采后工作面周边的应力集中现象。而且,随着开采距离的增加,顶板应力也越来越大,大应力区域的面积也在不断增大,当开采到一定程度,应力增加到岩层所能承受的最大应力时,就会发生破坏。

图3为开采过程中围岩的应力云图,从图中仍然可以看到明显的应力集中现象。随着开采距离的增加,开采区出现卸压区并且卸压区随着开采距离的增加而逐渐增大。在开采区的两端附近应力较大,而其他地方应力相对较小。

图4为开采前后的竖直方向的位移图,从图中可以看出,底部到顶上的位移依次增大。开采过后随着开采距离的增大,顶板的位移也逐渐增大,底板的位移却相对减小。

4 结论

以走向长壁大倾角综采工作面为工程背景,通过理论建模和数值模拟,研究了大倾角煤层开采围岩力学特征,结果表明:开采后工作面周围出现应力集中现象,随着开采距离的增加,顶板的应力也越来越大,当开采到一定程度,应力增加到岩层所能承受的最大应力时,就会发生破坏;开采区出现卸压区并且卸压区随着开采距离的增加而逐渐增大,在开采区的两端附近应力较大,而其他地方应力相对较小;随着开采距离的增大,顶板的位移也逐渐增大,底板的位移却相对减小。

参考文献

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大倾角上山复合板煤层开采实践篇5

经过对大倾角复合板煤层开采研究, 只有“硬支护”和“软支护”配合好才能保证安全正常生产。

“硬支护”即工作面液压支架。根据煤层厚度、倾角变化情况及复合板厚度变化情况, 应选择采高适应范围大、支护强度高的支撑掩护式支架。

“软支护”即工作面采用由上向下单向割煤、加固控制煤壁、工作面规格质量。

1 T1456工作面概述

T1456工作面位于唐山矿业公司12水平铁一区, 5煤层, 煤层厚度2.2m~4.5m, 平均2.9m。煤层倾角21°~28°, 平均26°。可采走向1060m。平均斜长129m。局部复合顶板较发育, 厚度0.2m~1.6m, 其中溜8至溜13段复合板厚度在1.6m左右。溜子道上山角度在3°~15° (储9号最大为15°) , 风道上山角度基本在5°~7°, 给安全生产带来极大威胁。

2 复合板煤层回采存在的难题

(1) 工作面刮板输送机下窜。输送机发生下窜时, 会造成机头过长, 导致输送机不能向转载机卸载或卸载煤块流出, 从而导致机头处人行道、机头老塘窝宽度不够。在下窜时可能会带动支架下移, 发生支架卡架、挤架的事故。

(2) 回采工作面存在安全隐患。机组在上行割煤过程中, 前滚筒割煤时, 会有大块煤矸冒落, 冒落的大块煤矸沿机身滚落时候, 极易砸伤正在操作机组的司机。为工作面安全生产带来隐患。

(3) 煤壁易片帮。由于复合板破碎且较发育范围煤壁松软、煤层分布缭乱、上山时工作面煤壁向下方倾斜等造成煤壁易片帮, 煤壁片帮造成复合板随着冒落, 严重范围控制不好存在直接顶也随之冒落, 造成工作面进度缓慢, 进而造成煤壁大范围片帮, 最后顶板又出现大面积流冒, 结果造成顶板支护失败或顶板事故。

(4) 煤层上山角度大, 造成打底矸量增大, 工作面挑顶困难, 继而工作面托煤顶厚度加大, 上顶复合板托不住易发生顶板支护失败或顶板事故。

(5) 煤层上山角度大, 支架移架困难, 移溜步距不足, 进而导致采煤机进刀量大于液压支架伸缩梁支护量, 造成顶板不能及时支护, 工作面易发生片帮冒顶事故。

(6) 工作面顶板不稳定, 容易发生抽冒, 影响采煤工作面断面高度。上山回采的工作面, 需要及时飘面溜子才能保证沿直接顶进行回采, 在处理工作面冒顶时, 需要反复的进行挤板、窝板、挑板, 消耗大量坑木等生产材料, 同时, 顶板不稳定导致工作面断面高度不达标, 严重时甚至导致机组无法正常通过, 影响正常生产。

3 控制技术与安全措施

(1) 合理的调整采煤工作面的伪斜量, 机尾超前量控制在20 m左右。当机头超长时, 在加机头过程中, 在面溜子机头处打两棵单体支柱支顶面溜子, 先加5组、20组、40组等小楔子, 然后再加机尾到40组、机尾到20组、机尾到5组, 在加刀过程中从机头往机尾单向顶溜子。施工过程中及时调整支架方向, 使支架与输送机保持垂直状态, 防止支架挤架或咬架现象的发生就能解决面溜子机头下窜的问题。

(2) 工作面割煤采用单向割煤的方法, 机组在下行时割煤, 不顶面溜子, 也不移架。机组在上行时走空刀, 在机组后顶溜、移架。机组在下行割煤时, 机组下方20m的范围内, 禁止有人停留或工作, 且经纬网与面溜子插帮拴牢, 每节至少拴一道。防止大块滚落到面溜子插帮外碰人。

(3) 对煤壁防止片帮采取以下方法

(1) 对煤壁打孔注固化剂, 孔深6m, 眼距5m, 采用1节花管配合5节实管, 封孔器封在5m深处, 注15桶左右, 即可使煤壁凝固成一体, 防止煤壁片帮。

(2) 对煤壁片帮严重范围两侧打全长玻璃钢锚杆配合固化剂使用加固煤壁。锚杆长2.2m, 眼距1.0m, 在按 (1) 步骤注固化剂, 从两边往中间挤, 缩小片帮范围达到顶板支护效果。

(3) 加大工作面液压支架初撑力。移架后升柱一定要顶实, 保证工作面液压支架初撑力达到规定的范围。

(4) 加强支架工操作技能, 本区规范支架工操作要点、顺序、标准。

(5) 在托复合板范围内铺双层金属网, 网与网之间采用鱼鳞式搭接, 网头搭接0.5m, 使用Φ1.6mm铅丝联网, 双丝单扣, 扣距80mm, 金属网下垂量与面溜子插帮拴牢, 每节至少拴一道。

(4) 对上山开采采取以下方法

(1) 在回采过程中, 采煤机司机控制采高, 高度及时挑顶, 保证机组顺利割煤, 机组后滚筒沿底板割煤, 尽量避免破底打矸现象。支架工在移架时, 保持支架顶梁、架脚与顶板底板平行。

(2) 如果上山角度较大, 支架爬上山的角度仍然追不上底板的上山角度时, 采用液压支架吊溜子的方法增加支架爬上山角度, 具体步骤:先将液压支架的前梁降低一定的高度, 用一根5m长的40型刮板输送机大链挂在支架前梁上, 大链两端用沙钩连接在采面刮板输送机上的机组行走齿条上, 然后升起支架前梁, 将刮板输送机吊起一定高度, 在输送机下面垫好木板, 然后将刮板输送机降下, 放稳后解下大链。根据采面现场的不同条件, 可以先吊一组支架, 也可以同时吊多组支架, 起吊高度也可根据条件灵活掌握。

(5) 工作面顶板控制方法

(1) 煤机挑顶过后, 及时伸出液压支架伸缩梁, 并上扬梁头控制顶板;移架时, 压移架, 工作面煤壁片帮地点采取超前移架的方法控制顶板。根据现场条件, 采用支架前梁挑板的方法控制顶板, 防止出现控顶距过大的情况。

(2) 如果托煤顶开采。在采高允许的情况下, 在复合板范围托0.2m厚的煤顶开采, 尽量不暴露和不破坏上部的破碎顶板。

(3) 工作面在回采顶板破碎带范围时, 当发生冒顶事故时, 合理调整本区工程安排, 加大面上人员数量, 以工作面回采为主, 及时调整大修班、检修班人数保工作面尽快推进。必要时每天可以安排专职人员看护工作面。在检修时间, 对有片帮、冒顶危险的地方, 提前挑板, 控制顶板。

4 结束语

大倾角煤层开采技术篇6

1 工作面概况

一7煤层为解放二1煤层瓦斯的保护层, 煤层平均厚度0.65 m, 平均倾角26°, 煤层结构简单, 煤层倾角和走向坡度变化不大, 局部存在小型褶曲。直接顶是平均厚度为8 m的L7灰岩, 坚固性系数f=7~9;直接底是平均厚度为4.2 m的砂质泥岩, 坚固性系数f=4~5。

11030保护层工作面为一7煤首采工作面, 地面标高+710~+785 m, 井下标高-63.1~+60.9 m。11030保护层工作面走向长度640 m, 倾向长度116m;工作面进风巷、回风巷均为中高2.7 m的梯形巷道, 沿一7煤顶板布置, 采用顶板锚杆支护+上帮锚网支护+下帮不支护的支护方式。

2 设备选择及割煤方式

选择MG100-TP型单滚筒爬底板采煤机采煤, 采煤机电机功率100 k W, 长×宽×高=3 840 mm×910 mm×380 mm, 采高0.5~0.8 m, 适用于倾角小于25°的工作面, 生产能力75~100 t/h, 牵引力120k N。选择SGB420/40T型煤层工作面用刮板输送机, 其运输能力80 t/h, 链速0.88 m/s, 电机额定功率40 k W。

由于工作面坡度较大, 采用下行割煤方式, 下行割煤结束后, 采用JH-20型回柱绞车牵引上行。因JH-20型回柱绞车速度 (0.089~0.124 m/s) 大于采煤机速度 (0~0.05 m/s) , 故采煤机向下爬行一段回柱绞车跟进1次 (每爬行1 m跟进1次) 。

11030保护层工作面生产组织采用“三八制”, 计划每天两班生产一班检修, 每天推进1刀, 计划出煤115 t/d。

3 防滑措施

3.1 采煤机防滑

(1) 牵引链固定。在上、下安全口端头底板上各打2根地锚固定牵引链。地锚与底板夹角45°~60°, 地锚采用22 mm×1 500 mm高强锚杆, 全长锚固。在采煤机运行方向前10~15 m至少打3根压链柱, 压链器要卡住牵引链, 使链条不上下、左右飘动, 压链柱打在压链器上, 打紧打牢并随采煤机移动而移动。采煤机牵引链每30 m一条, 2根条链之间用锯齿环连接, 锯齿环每班要经常检查, 严防锯齿环突然断裂。采煤机下行割煤时, 采煤机前后牵引链上各用3个压链器压紧牵引链, 防止牵引链上弹。

(2) 回柱绞车牵引。在回风巷安全口以外10~15 m处安装1台JH-20型回柱绞车, 回柱绞车钢丝绳绕过导向轮牵引采煤机, 并随采煤机上行或下行同步收放。回柱绞车钢丝绳直径为24.5 mm, 导向轮承载力不低于100 k N, 用直径不小于18.5 mm的钢丝绳套固定在回风巷顶板锚杆上。当在上端头推移采煤机时, 首先要拉紧回柱绞车钢丝绳, 先推移采煤机下部使其滚筒部分进入煤墙, 然后松绳推移采煤机下部, 采煤机整机推移到机窝后, 将牵引链固定牢固, 并拉紧回柱绞车钢丝绳。回柱绞车采用“四压两戗”固定, 压柱和戗柱均采用直径不小于180mm的圆松木, 压柱垂直打设在顶板上, 压柱上部用防倒链绑扎牢固, 压柱相互连锁。戗柱打设在回柱绞车前部, 与顶板夹角为55°~75°。

3.2 刮板输送机防滑

3.2.1 机头防滑

(1) 在机头采空区侧用单体柱打2根防滑柱, 用刮板机链条连接。链条一端用链环及刮板螺栓固定在刮板机头上, 另一端用刮板螺栓固定在单体柱手把上。链条连接松紧要适中, 每班刮板机司机要经常检查防滑柱打设是否稳固有力及链条连接是否可靠, 发现问题必须立即处理。

(2) 在机头采空区侧打2根地锚, 地锚自上向下斜切进入底板。地锚采用22 mm×1 500 mm高强锚杆, 全长锚固。地锚与刮板机头用刮板机链条连接, 链条一端用链环及刮板螺栓固定在刮板机头上, 另一端套在地锚上, 并上紧螺丝将托盘压紧。

(3) 机头打2根压柱和戗柱。压柱和戗柱采用直径不小于180 mm的圆松木, 垂直支设在巷道顶板上, 压柱上部用防倒链绑扎牢固, 2根压柱相互连锁。戗柱与底板夹角55°~75°, 上端打在刮板机头上, 下端打在切眼口底板上。每班刮板机司机要检查压柱和戗柱打设是否稳固, 发现压柱或戗柱松动必须立即重新打牢。

3.2.2 整机防滑

每5节中间槽用刮板链条与单体柱连接1次, 链条一端用链环及刮板螺栓固定在刮板机头上, 另一端用刮板螺栓固定在单体柱手柄上。

3.2.3 机尾防滑

(1) 机尾用刮板链条固定在底板地锚上, 地锚由11030保护层回风巷下帮切入切眼底板。地锚采用22 mm×1 500 mm高强锚杆, 全长锚固。地锚与机尾用刮板机链条连接, 链条一端用链环及刮板螺栓固定在机尾上, 另一端套在地锚上, 并上紧螺丝将托盘压紧。

(2) 在机尾用11#工字钢并排打2根老杠, 老杠上、下端都要生根, 生根深度不小于100 mm。机尾后端两侧分别焊接一个U型钢卡缆前卡, 然后用刮板链条、10 t手拉葫芦固定在老杠上。

3.2.4 推移刮板机防滑

(1) 推移机头时, 机头防滑柱、地锚和压戗柱都要去掉, 靠刮板机本身链条防滑。采取的辅助措施是用链条和10 t手拉葫芦把机头和采煤机牵引链连接并拉紧。机头推移就位后, 立即打防滑柱、地锚和压戗柱。

(2) 推移中间槽时, 把需要推移部分的防滑柱去掉, 靠上侧防滑柱和机尾防滑链防滑。以此类推, 推移后立即恢复防滑柱。

(3) 推移机尾时, 其下部防滑柱都必须打好, 去掉机尾防滑链, 推移过后重新紧固。

(4) 采煤机下行割煤结束后, 空刀上行, 进入机窝后, 再推移刮板机。采煤机上行或半路停机时, 不得推移刮板机。推移刮板机顺序:先推移机头, 然后由下向上逐节推移中间槽, 最后推移机尾。

(5) 采煤机牵引链在两巷都要打锚杆固定。推移机头时, 槽头上方的牵引链至少要打上3个压链器, 防止机头下滑。压链器间距以3~5 m为宜。

4 顶板控制

4.1 正常工作时期

(1) 工作面支护。工作面顶板控制主要是由采空区向煤墙打4排单体液压支柱。第1排为密集支柱, 每米3根, 柱距0.33 m;第2排为对柱, 每米1对, 每对柱间距为0.33 m, 对柱 (中—中) 间距为1m;第3排为单柱, 柱距1 m, 紧靠刮板机采空区侧打设;第4排为单柱, 柱距3 m, 紧靠煤墙打设。单体柱排距均为1 m。最小控顶距3.72 m, 最大控顶距为4.72 m。当工作面推进到第4排支柱时, 对采空区进行回柱放顶, 使采空区顶板缓慢下沉。工作面切眼平均坡度为26°, 按照每6°~8°有1°迎山角的要求, 打设支柱必须有4°的迎山角 (柱下0.5 m的迎山距为215 mm) , 保证支柱支撑有力。

(2) 端头支护。工作面上、下端头根据实际巷道高度, 采用2.2, 2.5, 2.8, 3.15 m单体柱配合半圆板木支护。单体柱打设与工作面单体柱打设方法相同。

(3) 超前支护。根据实际巷道高度使用2.2, 2.5, 2.8, 3.15 m单体柱支设, 超前支护长度为20m, 支设方式为:从安全出口向外20 m内打设双排支柱, 支柱间、排距均为1.0 m。回风巷以巷道中线为对称线, 打设单体柱;运输巷第1根紧靠刮板机上帮侧打设, 第2根距第1根1 m。工作面两巷顶板平均倾角为26°, 按照每6°~8°有1°迎山角的要求, 打设支柱必须有4°的迎山角, 保证支柱支撑有力。

(4) 支护要求。上、下端头及两巷超前单体柱必须穿柱鞋, 且柱头上必须用半圆板木 (长1.2 m、宽0.1 m、厚0.05 m) 与顶板接实, 防止单体柱顺顶板下滑。

4.2 特殊时期

工作面局部出现地质构造导致无法使用单体液压支柱时可采用180 mm的短节圆木进行临时支护, 并按单体柱支设方式进行支设。同排连续不得超过5根圆木, 否则必须在柱间架设临时木垛, 木垛用坑木 (长1.4 m、宽0.12 m、厚0.08 m) 打井形架设。对V字形顶板应使用半圆板木配合单体柱支设成戗柱, 防止顶板下滑或出现裂缝。

4.3 单体柱防倒

因工作面坡度较大, 为防止单体柱倒柱伤人, 使用长度0.3 m或1.0 m的防倒链将同排单体柱依次连锁。防倒链上端套在单体柱上, 并将螺栓拧紧, 下端将挂钩挂在下方单体柱手柄上。

5 结语

何庄煤矿11030保护层工作面配套设备选择合理, 性能良好, 适应性强;工作面设备防滑措施简单实用, 安全性高;顶板控制方法合理, 安全效果好。实现了何庄煤矿大倾角极薄煤层保护层工作面安全开采, 对相似地质条件工作面的开采有借鉴作用。参考文献:

摘要：结合国内外薄煤层开采技术应用现状, 针对何庄矿一7煤层大倾角、顶板坚硬、煤层极薄等复杂条件选择设备和割煤方式, 制订了采煤机和刮板输送机防滑措施、采空区顶板控制方法, 保证了11030保护层工作面安全开采。

关键词：大倾角极薄煤层,坚硬顶板,采煤机

参考文献

[1]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1999.

[2]徐学峰.煤层巷道底板冲击机理及其控制研究[D].徐州:中国矿业大学, 2001.

[3]成家钰.煤矿作业规程编制指南[M].北京:煤炭工业出版社, 2005.

[4]李建平, 杜长龙, 张永忠.我国薄与极薄煤层开采设备的现状和发展趋势[J].煤炭科学技术, 2005, 33 (6) :65-68.

大倾角煤层回采巷道快速掘进技术篇7

大倾角煤层掘进一直是金凤煤矿采掘接续难题, 随着矿井开采能力扩大, 采掘接续日显紧张。为了解决这一难题, 在掘进011804工作面切眼时, 将掘进方式更改为炮掘方式, 劳动组织由“三八”制改为“四六”制作业, 出渣方式采用刮板输送机转载, 铲车配合无轨胶轮车出渣, 并优化了支护设计, 011804工作面切眼单月掘进进尺达到了180 m。

1 地质条件

金凤煤矿011804工作面切眼长度为260 m, 煤层倾角在20°~32°之间, 18#煤普氏系数f为3, 平均厚度为3.92 m, 煤体较松散。011804工作面切眼直接顶为细粒砂岩, 厚约1.13 m, 浅灰色, 成分以长石为主, 分选性中等, 含炭屑, 夹黄铁矿结核含钙泥质胶结, 块状层理;18#煤老顶为粉砂岩, 厚约3.60 m, 灰色为主, 水平及缓波状层理, 夹泥岩及细砂岩薄层;18#煤直接底为粉砂岩, 厚约2.57 m, 深灰色, 水平及缓波状层理, 含炭化植物茎叶化石, 上部见豆状黄铁矿集合体, 中部夹泥岩薄层。

2 支护参数

011804工作面切眼为矩形断面, 巷道分1-1断面、2-2断面和3-3断面。1-1断面掘进宽度为9 700 mm, 掘进高度为3 200 mm, 掘进断面积为31.04 m2;2-2断面掘进宽度为7 900 mm, 掘进高度为3 200 mm, 掘进断面积为25.28 m2;3-3断面掘进宽度为10 300mm, 掘进高度为3 200 mm, 掘进断面积为32.96 m2。

2.1 顶板支护参数

011804工作面切眼顶部安装规格为Φ20 mm×2 200mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆, 配以150 mm×150 mm×10 mm铁托板, 间排距为800 mm×800 mm, 矩形布置, 每根锚杆采用2节Z2370型树脂锚固剂, 锚固力不小于50 k N, 顶板铺设钢筋网, 网孔规格为150 mm×150 mm, 网与网之间用14#铅丝扣扣相连。在巷道顶板加打锚索, 锚索采用Φ17.8 mm×7 300 mm长绞索, 配以300 mm×300 mm×16 mm蝶形托板, 间排距为2 000 mm×2 400 mm, 矩形布置, 每根锚索采用4节Z2370型树脂药卷进行锚固, 锚固力不小于200k N。单体液压支柱采用型号为DW42-250/110XL悬浮式单体支柱, 初撑力不小于90 k N。

2.2 切眼两帮支护参数

帮部锚杆采用Φ20 mm×1 600 mm玻璃钢锚杆, 配套使用一块400 mm×200 mm×50 mm木托板和1块蝶形玻璃钢托盘, 木托板长边方向与巷道走向垂直, 间排距为800 mm×1 000 mm, 最上面1排距巷道顶板600 mm, 矩形布置, 每根锚杆采用1节Z2370和1节Z2335型树脂锚固剂锚固, 不挂网。

3 施工方法

011804工作面切眼严格按中线施工, 采用分次打眼、分次爆破的方法进行掘进。先在切眼北帮进行导硐, 导硐50.0 m后, 导硐和扩帮同时掘进, 扩帮比导硐滞后50.0 m。出渣方式采用人工将渣铲至刮板输送机上, 由刮板输送机转载至011804工作面回风巷内, 再由铲车配合无轨胶轮车出渣。

4 施工工艺及要求

根据设计画出轮廓线→定位打眼→瓦斯检查→装药→撤人、设置警戒→瓦斯检查→连线、爆破→瓦斯检查→敲帮问顶→临时支护→永久支护→出渣→文明生产。

4.1 钻眼

18#煤煤体较软, 钻眼选用手持式风动钻机, 钻眼速度可提高10%~20%, 掘进工效可提高10%~15%。

4.2 爆破工艺流程

瓦斯浓度检查→撤人→设置好警戒→连线→吹哨确定警戒区内无人, 再等5 s后→通电爆破→瓦斯浓度检查、爆破效果检查→收炮线。

根据现场施工经验, 一般采用爆破预留、风手镐刷大成形、控制装药量等方法防止巷道片帮。

4.3 巷道支护

4.3.1 临时支护

爆破完成后待工作面炮烟吹散, 瓦斯检查完毕后, 人员进入迎头先敲帮问顶, 敲帮问顶结束后进行临时支护。临时支护采用3根金属前探梁, 前探梁采用83 mm钢管加工而成, 长度4.5 m, 梁一端焊接Φ32mm圆钢, 长度400 mm, 以便插入安装孔, 吊环采用Φ16 mm钢筋制成, 每根前探梁能有效使用固定吊环卡子数量不少于2个。

装前探梁时, 先将前探梁2个吊环从后向前固定在最前端2排锚杆外露端头上, 然后将钢筋网置于前探梁上, 前探梁前端分别穿入安装孔, 操作时至少2人进行, 1人站在前端吊环位置扶着前探梁, 1人在前探梁后端头向前窜移前探梁直至前探梁到位 (前探梁插入安装孔深度不小于400 mm) 。

安装完毕后, 将前探梁与钢筋网间用规格为2 000mm×200 mm×100 mm的木背板背紧绞实接顶。

4.3.2 安装锚杆

安装锚杆顺序:巷道顶板锚杆由巷道中部向两侧, 由外向里施工;煤帮锚杆由外向里、由上向下逐根安设。

严格控制锚杆钻孔深度, 误差控制在0 mm~+50mm范围内, 锚杆钻孔要用钻杆来回抽动清眼, 确保树脂药卷充分发挥作用, 使锚杆具有足够锚固力。

Z2370型树脂药卷搅拌时间约为30 s±5 s, 此后停机, 但不能缩下钻机, 还应保持钻机较大的推力。

紧固螺母:停机40 s后再次启动锚杆机, 将锚杆螺母剪切销子扭断并上紧螺母 (螺母剪切销子的扭断力矩为0.4 N·m) , 托板与钢筋网紧贴岩面, 使锚杆具有50 k N以上初锚力, 保证锚杆拧紧扭矩达到100 N·m。

4.3.3 安装锚索

安装前, 先将树脂药卷放入眼孔后, 用锚索将药卷缓缓推入眼底, 将专用搅拌器尾部插入锚杆钻机, 并与锚索相连, 开启钻机, 一边推进, 一边搅拌药卷, 搅拌时间为30 s±5 s。停止搅拌后, 锚杆钻机保持推力状态2 min再放下钻机, 过15 min, 安装托板。

5 劳动组织保障

5.1 劳动作业组织

011804工作面切眼掘进过程中, 采用“四六”制作业, 三班掘进, 一班检修, 循环进尺为2.0 m, 每班1个循环, 每天3个正规循环, 日进尺为6.0 m, 正规循环率保持在90%以上。在011804工作面回风巷掘进过程中, 工人将渣装至刮板输送机上, 刮板输送机将渣转载至011804工作面回风巷内。每个正规循环作业中, 出渣工序占用时间最长, 成为制约提高掘进速度的关键环节, 为此, 每班锚网支护完毕后将刮板输送机延接至迎头, 保证下班掘进时不影响出渣速度。

5.2 保障措施

a) 每班必须按要求召开班前会, 准时在现场进行交接班;

b) 加强设备检修、保养、维护工作, 杜绝设备故障影响生产;

c) 加强运输环节管理, 缩短出渣时间;

d) 平行作业时要相互配合, 减少相互影响。

6 结语

011804工作面切眼快速掘进技术具体表现在以下几个方面:

a) 简化运输系统。工作面迎头采用人工配合刮板输送机出渣, 由刮板输送机将渣转载至011804工作面回风巷内, 再由铲车配合无轨胶轮车将渣运至地面;

b) 炮眼布置合适, 支护参数合理;

浅谈大倾角综采工作面的开采技术篇8

关键词：大倾角,综采工作面,设备配套,输送机,液压支架

液压支架、刮板运输机等是综采工作面关键设备, 神宁集团公司羊场湾矿、枣泉矿、清水营矿、梅花井矿等, 其工作面煤层赋存特点是大倾角, 这对综采工作面的管理、设备配套、使用维护等方面的要求更高。因此, 采取措施、减少故障、降低能耗、延长设备寿命, 保证其正常生产具有重要意义。

1 大倾角综采工作面的开采关键技术

1.1 配套技术

大倾角煤层采用走向长壁综合机械化开采中, 工作面配套设备的稳定性是开采的技术关键。选择合理的液压支架工作阻力与支护强度, 能够适应顶板来压, 使得支架的稳定性和护帮效果较好。选择合理的运输机, 适应大倾角工作面。

1.2 综采液压支架使用与管理

液压支架的管理是各项工艺中的重中之重, 支架状态的好坏, 直接影响正常生产。所以, 管理好液压支架既是重点, 又是难点, 更是保证正常生产的前提。

大倾角工作面液压支架和运输机必须加强科学管理, 防止下滑, 制定出严格的管理措施。要想保证生产, 必须看好架型, 使其不倒、不歪、不挤、不压, 同时更好管好运输机控制其下滑, 保证工作面设备状态完好, 才能够出煤, 达到高产高效。

1.2.1 综采液压支架的稳定性

工作面液压支架状态表现为倾倒和下滑, 严重倒架还会造成支架咬架、挤架、使支架推拉困难。

(1) 造成支架失稳的原因。

综采工作面由于管理跟不上, 支架倾倒现象时有发生。支架倾倒后, 顶板失去支撑, 很有可能引起局部冒顶, 如果再不及时处理, 还会造成一架变成多架倾倒, 形成大面积倾倒事故, 造成工作面难以推进。影响倒架的因素很多, 往往多种因素同时存在, 归纳起来有以下几个方面。

(1) 工作面采高超高, 大于支架的有效支撑范围造成支架的稳定性差。

采高越大, 倒架的可能越大, 当采高不超过它的性能及支架最大高度时, 支架的合力作用线就落在底座范围以内, 比较稳定;当采高超过规定时, 支架的合力作用线就落到底座之外, 这样就不稳定, 遇到顶板来压, 支架就会向下倾倒。如图1所示。

(2) 煤层倾角的影响。

煤层的倾角越大, 使支架的合力作用线越偏, 稳定性越差, 倒架的可能性就越多, 所以当煤层倾角大于18度时, 就要采取防倒措施。如图2所示。

(3) 顶板不平。

在大倾角条件下, 如遇工作面片帮、遇断层等造成顶板抽漏或破碎使支架不能有效接顶, 升架时易产生倾倒, 此时不及时扶正, 将产生严重倒架。有的是顶煤割的高低不平, 有的是顶煤凹凸不平, 还有的是局部冒顶造成的不平, 造成倒架。如图3所示。

(4) 底板松软或底煤割的不平。

由于底板松软或底煤割的不平, 还有因底板遇到小断层等因素, 其中只要有一个出现, 都会使支架因受力到不均而歪斜。如图4所示。

(5) 当运输机下滑时, 移架时不调整好支架, 支架也随之下滑。

(6) 在移架过程中, 在支架本身重量的作用下, 支架产生一下滑力。推移支架后升架时, 由于在升架过程中, 支架在未达到初撑力之前的顶板作用力的作用下, 使支架底座沿工作面倾斜方向的下滑力大于底座与地板的摩擦力, 从而使支架下滑。倒架现象大多发生在移架过程中, 发现问题必须在移架过程中及时解决, 否则很可能扩大到寸步难行。

(7) 移架时没有使用好侧护板, 没有及时调整支架, 未按规定顺序移架。

(8) 当工作面仰采20°时, 顶板切顶线会前移, 支架顶梁后方顶板冒落及时且较充分, 易与架前冒透, 引起支架失稳。

(2) 支架失稳的主要预防方法。

(1) 大倾角工作面, 如遇顶板破碎情况和抽漏现象时, 必须采取及时移架, 带压移架和超前支护处理等措施来有效防止由于顶板不好, 使支架不能有效接顶而产生的倒架和下滑, 移架时始终坚持自工作面下部向上移架, 以防采空区滚动矸石冲击支架尾部。支架下滑量较大时, 应自上而下移架或间隔移架, 并使支架保持3°～5°的迎山角度, 以抵消向下移动的水平位移量。工作面作业规程所规定的采高, 必须符合支架的技术特征, 且留有余地, 拉架工在操作中, 严禁超过规定。

(2) 煤层倾角过大, 一个是采取防倒防滑装置, 一个是将工作面适当调成伪倾斜的方法来减缓煤层倾角减少倒架机会。支架防倒防滑的着眼点是控制好排头支架或 (端头支架) , 工作面支架每10架, 一组防倒防滑千斤, 排头、端头每3架一组防倒防滑千斤顶。

(3) 使用好侧护板, 发挥其在降架时防止后倾及移架过程中的导向板作用, 在移架过程中利用侧护板逐渐扶正歪斜支架。

(4) 工作面支架必须平行接顶, 保证支架有支撑力。对局部冒顶一定按规定将支架挑平, 支撑紧固, 使支架受力均匀;采煤机司机割煤一定要达到两平, 如果因顶底板不平, 拉架中要采用木料颠平。

(5) 遇水底板松软, 可用圆木托板等填底, 也可以用抬底千斤顶抬底前端移支架。

(6) 如支架下滑严重时, 可用单体液压支柱斜撑支架, 或用千斤顶一端固定在支架顶梁, 另一端拉下滑支架的底座, 在移架过程中扶正。

(7) 工作面的推拉都要完好使支架与运输机连成一体, 控制运输机, 防止运输机下滑而带动支架下滑。每班指定专人, 专门调整支架, 以防支架与运输机下滑。

1.3 工作面运输机

刮板运输机是综采工作面的关键, 工作面支架和刮板机是相互依存、相互作用的, 支架和刮板运输机的相互移动是靠作用力和反作用力来实现的。如果运输机下滑, 使运输机头与转载机搭接过大, 机头出货困难, 下货点落不到转载机上。同时运输机下滑还牵动支架下滑, 易造成支架失稳, 严重影响生产。当工作面支架 (大多数) 尾梁向上甩时, 刮板机向机巷位移及下滑;当工作面支架 (大多数) 尾梁向下甩时, 刮板机是向风巷位移及上窜, 这时刮板机卸载位置较为合适, 应立即调整支架与刮板机形成的夹角是否达到即90°夹角, 确保支架与刮板机一直保持其运行轨迹。

1.3.1 刮板运输机与支架配合的结构关系

(1) 为适应综采工作面仰采或俯采, 刮板机中部槽靠支架连接耳板进行连接, 其连接孔采用长形两端圆形孔, 用来调整支架与刮板机运行时出现沿走向的上下窜量, 而长形孔能调整支架与刮板机连接处形的夹角, 不至于将支架推移梁和十字头拽死拽坏, 又满足仰采、俯采要求。

(2) 支架推移梁前端设有十字头与刮板机中部槽联结耳子, 而十字头与两耳子之间有一定的活动间隙, 当耳子变形时间隙更大, 这样能满足管理中和操作上留有一定的自由空间。

1.3.2 运输机下滑因素

(1) 运输机底链带回煤多, 引起向下拉力增加, 使运输机下滑。

(2) 支架与运输机不垂直, 推拉千斤向下倾斜, 推移运输机时使运输机下滑。

(3) 运输机本身自重的向下分力, 引起的下滑。

(4) 采煤机上行割煤时, 其作用力使运输机下滑。

(5) 运输机有下滑趋势时, 仍由上而下推移输送机。

(6) 支架的下滑也导致运输机的下滑。

1.3.3 防止运输机下滑的措施

(1) 注意观察运输机机头机尾变化, 位置下移时, 及时调整伪斜角。