平衡三角墊塊在雙向大傾角偽仰斜開采中的應用

摘 要：1523工作面屬于大傾角仰偽斜開采工作面，為解決三機防倒防滑，提出在刮板輸送機下方加平衡三角墊塊的方法。平衡三角墊塊中有一個角的角度與偽斜工作面沿推進方向的角度相同，放置時保持這個角的斜邊沿著煤層底板，則另一邊就保持了水平狀態，刮板輸送機也就抬高相應的高度成為了水平狀態，隨之解決了采煤機傾倒問題，同時極大的降低了煤壁片幫發生的概率。

關鍵詞：大傾角；仰偽斜；平衡；三角墊塊

1 礦井概況

冀中股份公司葛泉礦1523工作面位于葛泉礦南翼一采區，1525與1521工作面之間；其中西北為一采區軌道運輸上山，東北為1525工作面采空區，東南為DF6-5斷層，西南為1521工作面采空區。該工作面煤層厚度為1.8-2.9米。煤層結構簡單，煤層傾角27°～41°平均傾角32°該工作面直接頂為1.7厚粉砂巖，灰色為主、淺灰色細砂，老頂為6.2米厚中砂巖，灰白色，中粒結構，主要成分為石英、長石，含少量暗色礦物。直接底為6.8米厚粉砂巖，深灰色、灰黑色。老底為4.1米厚中砂巖淺灰色，1523工作面回采至最后200米屬于仰偽斜雙大傾角開采工作面。

2 雙向大傾角仰斜工藝開采過程中的問題及產生原因的分析

由于1523工作面是大傾角綜采工作面，所采煤層傾角在27°～41°，屬于大傾角煤層開采的范疇。（所謂大傾角煤層是以煤層傾角超過冒落矸石及煤的自然安息角出現的滑動、失穩等現象為主要特征而命名的；一般埋藏傾角大于35°的煤層稱為大傾角煤層[1]。）由于1523采煤工作沿工作面推進方向的仰斜傾角較大，因此在采煤機割煤過程中（割煤時三機所處的狀態如下圖1所示）出現了諸多問題：

（1）刮板輸送機沿工作面推進方向呈現傾斜狀態；（2）采煤機機身沿工作面推進方向呈現傾斜狀態；（3）增加了煤壁片幫事故率；（4）降低了鏟煤板裝煤效率。

2.1 刮板輸送機下滑[2]

在大傾角采煤工作面，刮板輸送機的下滑在機采工作中較為常見，其下滑嚴重影響正常的生產工作，同時輸送機下滑往往牽動液壓支架下滑，使輸送機機頭與轉載機機尾不能正常搭接，煤滯留于工作面端頭，給采面的正常運輸帶來極大的不便。

輸送機下滑分析：

（1）刮板輸送機的底面與煤層底板平行，由于煤層是傾斜的，因此刮板輸送機沿工作面推進方向也隨之呈現為傾斜狀態；（2）當煤層傾角大于12～18°時，刮板輸送機自身重力在采空區方向的分力增大，加重了下滑；（3）輸送機機頭與轉載機機尾搭接不當，導致輸送機底鏈返向帶煤，或移動輸送機時過多浮煤及硬矸進入底槽，導致底鏈與底板摩擦阻力過大，引起輸送機下滑。

2.2 采煤機不穩定的分析

在未安裝三角墊塊前，工作面采煤機上行、下行時，均以刮板輸送機的溜槽為軌道運行，刮板輸送機的溜槽是傾斜的，所以采煤機機身沿工作面推進時也呈現傾斜狀態。由于采煤機重心的偏移，溜槽兩幫的受力不均，溜槽下幫長期承載采煤機大部分重量，導致溜槽下幫磨損較嚴重，受損一定時間后，將會嚴重影響采煤機的運行。

2.3 煤壁片幫加劇的分析

采煤機滾筒割煤時，滾筒的端面與煤層底板呈鉛垂方向，因此采煤機割煤后煤壁與底板垂直，所以煤壁所受覆巖的壓力及自身重力在采空區方向的分力加大，在較大的下滑力的作用下，加劇了煤壁片幫事故率。

2.4 裝煤效率低的分析

由于傾角大于煤的安息角（一般為20°），采落的煤很大一部分無法直接進入刮板輸送機，增加了裝煤工作量，同時采落得煤存在自然下滾的現象，極易越過輸送機的擋煤板滾入支架的人行通道，傷及操作工，影響裝煤效率。

3 改裝方案

為解決上述在采煤過程中出現的問題，在此工作面開采過程中提出了對工作面刮板輸送機進行改裝的方案，即在刮板輸送機下加裝平衡三角墊塊（如圖2所示），平衡三角墊塊中一個角的角度與偽斜工作面沿推溜方向的上仰角相同，將其一條邊沿煤層底板放置后，可以抬高刮板輸送機平衡三角墊塊一邊的高度，使刮板輸送機沿工作面推進方向呈現水平狀態。（如圖3所示）

3.1 刮板輸送機防滑

3.1.1 不考慮支架的約束（實際上支架對輸送機有一定約束作用），則有輸送機自由狀態下滑力[3]：

F滑=（G1+G2）（sinα-μcosα）

式中：G1-輸送機重力，kN；G2-采煤機重力，kN；μ-輸送機與底板的摩擦系數。

未改裝時，一般μ為0.32～0.36；當工作面有淋水或潮濕時，μ僅為0.22～0.26.平衡三角墊塊地面設計有鋸齒形導向槽，使輸送機在不同方向有不同的摩擦系數。在輸送機下滑方向可增加摩擦系數，減小下滑力。在推溜方向則是光滑的，不增加推溜力。

3.1.2 由于刮板輸送機不與底板接觸，浮煤及硬矸進入底槽引起的輸送機下滑也可避免。

3.2 采場工藝狀態改善

刮板輸送機改裝后，采煤工作面工作狀態將得到大大改善，具體表現在以下幾個方面：

3.2.1 刮板輸送機處于水平狀態，克服了溜槽下幫磨損嚴重的問題；此時刮板輸送機裝滿率高，運輸效率得到保證。采煤機裝煤的自裝率提高。

3.2.2 采煤機機身處于水平狀態，其潤滑系統得到了保障，事故率降低，采煤機滾筒也處于水平狀態，采煤機運行平穩，不會有沿脫離煤壁方向的分力，保證了采煤機的有效進尺。

3.2.3 由于采煤機機身處于水平狀態，滾筒端面呈鉛垂狀態，因而滾筒割煤后的煤壁也呈現鉛垂狀態，又考慮到煤層質地較硬，所以極大的降低煤壁片幫事故。

4 三角墊塊楔角的確定

如圖4所示

式中：s-工作面超前量；L-真工作面長度；L偽-偽斜開采工作面長度；α-煤層傾角；α偽-偽斜工作面傾角；β偽-偽斜工作面沿推溜方向的上仰角；γ-偽斜工作面與回風巷的夾角

其中偽斜工作面沿推溜方向的上仰角β偽即為所求的三角墊塊楔角

由上式可知，在一定的煤層條件下，偽斜工作面傾角α偽隨傾角的減小而減小，同時使偽斜工作面沿推溜方向的上仰角β偽增大。在未改裝之前上仰角受到煤安息角的限制，通過改裝消除了這一限制。在進行偽仰斜工作面參數設計中有良好的應用。

5 改裝前后的比較

改裝前后采煤狀況比較表

6 結束語

在刮板輸送機下鋪墊平衡三角墊塊后，現場開采的實踐證明，能夠使刮板輸送機、采煤機、液壓支架處于水平狀態，平穩的進行割煤、運煤、移架工作，在沿煤層傾斜方向上的三機防滑防倒問題以及鏟煤板的裝煤問題，得到了非常有效地解決，極大的提高了工作效率，同時增加了煤炭的回收率，帶來巨大的經濟效益。

在某些煤礦雖有大傾角采煤的例子，但是用平衡三角墊塊法解決雙向大傾角偽斜仰采過程中的問題，尚屬國內外首次。此項工藝改革，極大的改善了大傾角采煤工藝，為解決雙向大傾角采煤難題開辟了新的途徑，此次大傾角開采的成功為以后類似地質條件的煤層開采提供了寶貴的現場經驗。

參考文獻

[1]伍永平.大傾角煤層機械化開采的關鍵技術與對策[J].礦山壓力與頂板管理，2002，1：60.

[2]張祝濤.大傾角綜采工作面設備防倒防滑措施[J].煤炭技術，2004（7）.

[3]賈德峰.大傾角仰偽斜綜采工作面分析[J].煤炭科技，2007，2：19.

[4]員東風，伍永平.大傾角煤層綜采工作面調偽斜原理與方法[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2001，4：152.

作者簡介：張學峰（1980-），男，河南新鄉人，助理工程師，碩士學位，冀中股份公司葛泉礦安裝隊。