華鎣山廣能公司大傾角煤層開采支護改革與發展

譚集蠔++王煥明++卓軍

摘 要：大傾角煤層在我國煤炭儲量中占有較多的比例，已成為煤炭開采業急需解決的重要課題之一。廣能公司多年的連續開采已使一些礦區近水平煤層、緩傾斜煤層的可采儲量占總儲量的比例的不斷減小。如何安全、高效地開采大傾角煤層已經成為廣能公司亟待解決的問題。近年來廣能公司重點研究了大傾角煤層開采課題，通過采用走向長壁后退式開采、詳細掌握地質資料、合理選擇支架類型、采取一系列防滑、防倒和頂板控制等措施，解決了大傾角煤層開采支護難題，保障了特殊條件下的安全開采，提高了煤炭的回采率，減少了資源的浪費，為大傾角煤層開采頂板管理，支護改革提供科學依據。

關鍵詞：大傾角；頂板管理；支護改革

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0202-02

1 廣能公司大傾角煤層開采歷史

1.1 采煤方法

川煤集團廣能公司建成40多年來，采煤技術先后經歷了手采、炮采（刀柱、倒臺階、偽傾斜柔掩支架）、高檔普采、綜采（輕型綜采、波蘭綜采、大傾角綜采、急傾斜綜采）的艱難發展歷程。礦井采煤技術發展歷程大致可以分為手工開采階段、全面推行炮采、推廣機械化幾個階段。

1.2 支護變革情況

廣能公司采煤工作面支護先后采用過木支柱支護、金屬摩擦支柱支護、柔性掩護支架支護、單體液壓支柱支護、綜采掩護支架支護。木支柱是礦井投產初期采用的一種支護方式，工作面支柱排距0.8m、柱距0.5～0.6m，用點柱、棚架、木垛加固加強頂板支撐。工作面最大控頂5排，最小控頂3排支柱。

金屬摩擦支柱。是礦井1981—1992年緩傾斜炮采工作面的主要支護方式，用金屬支柱取代木支柱，是支護技術的重大改革，優點是支撐力加大和可回收復用。工作面支柱排距擴大到1m，柱距0.6m，仍實行三、五排控頂。

單體液壓支柱。是1984年高檔普采工作面使用的支護方式，支柱操作方便，初撐力增大。1992年后在炮采工作面也全部使用單體液壓支柱。

柔性掩護支架。是急傾斜工作面廣泛使用的一種支護方式，它的優點是操作簡便、工人在掩護支架下作業安全、支架可回收、消耗低。礦區先后使用過“一”字形、“八”字形、四邊形柔性掩護支架。

綜采支架。是1990年綜采工作面的支護方式，它的優點是全液壓、全掩護、初撐力大，工人在支架下作業安全。川煤集團廣能公司先后使用過ZYQ1800-14/32、ZYJ2200-06/17、ZYJ2300-13/32、ZYJ2200-08/27、ZYJ2200-08/22、ZJ3600-15/36等各種型號液壓支架。

2 綜采液壓支架的研發、應用及成果

嘉華機械公司是川煤集團廣能公司下屬企業，該公司現有適宜中厚急傾斜、中厚緩傾斜煤層、緩傾斜薄煤層和極薄煤層綜采裝備，具體是：MG100×2/456-QWD、MG250/620-QWD、MG300/720-AWD1、MG250/600-AWD、MG300/720—AWD1、MG100×2/495-QWD 、MG2×150/421-PFD（下分層采面）型采煤機組16臺； ZJ3600-15/36、ZJ3600-13/31 、ZQY3200-11/28 、ZY3400/6.5/14 、ZY3200/09/21、ZY3000-12/30型液壓支架1336架；ZTHJ11400-15/23型橫式端頭支架；SGZ730/160、SGB-730/160、SGZ-764/630、SGZ-764/160、SGZ730/320-LT型工作面刮板運輸機，采煤主要裝備實現了機械化、大型化、重型化、系列化。嘉華機械公司自主研發具有知識產權的“嘉華牌”大傾角綜采液壓支架和端頭支架，已批量生產，產品銷往國內外，產品性能、質量得到國內外同行業一致好評。公司先后榮獲省、部質量標準化建設達標廠、四川煤炭工業省級先進企業，2005年獲四川省質量技術監督局“質量信譽同盟企業”稱號。

2.1 大傾角綜采

2.1.1 大傾角綜采技術試驗階段

1996年，綠水洞煤礦和西安礦院在總結輕型綜采和波蘭大傾角綜采失敗教訓的基礎上，對綠水洞煤礦的大傾角煤層綜采技術進行了分步研究。從項目的可行性研究、采場頂底板控制和開采工藝等方面入手，加強了綜采技術的攻關。1998年，大傾角綜采技術首先在6134工作面試驗，工作面煤層平均傾角30.5°，通過5個月的試采，平均日產量達到800t，標志大傾角綜采試采成功。1999年又繼續在平均傾角38°的5634工作面進行試采，日單產突破1100t。

工作面采用ZYJ2300-13/32型液壓支架進行支護（風巷內泵站配PB7B-160/31.5型乳化泵1套2臺）； MG375-QW1型雙滾筒采煤機落煤，然后通過工作面SGB-730/160型可彎曲刮板輸送機將煤炭轉載至機巷（下順槽），最后通過機巷（下順槽）的吊掛皮帶等運至采區煤倉。

2.1.2 大傾角綜采技術完善階段

1996年至2006年期間，綠水洞煤礦也因開采深度的增大，煤層傾角也由30°增大至40°及以上，大傾角綜采技術水平在不斷實踐中得到了極大的提高。但是當煤層傾角超過40°時，暴露出原研究的大傾角綜采技術不能滿足礦井安全、高效生產。一是ZYJ2300-13/32型液壓支架不能滿足采全高，造成留底煤開采，易推底；二是支架最大支撐高度3.2m，遇煤層厚度加大和斷層帶時，控頂情況差；三是原大傾角綜采面未使用下出口端頭支架，下出口管理難度大且對工作面液壓支架的下滑不能得到較好控制；四是MG375-QW1型采煤機不適應傾角變大而經常出現故障，對其檢修人安全威脅大；五是由于傾角變大，工作面片幫煤在運輸機內滑下飛竄傷人的威脅越來越大等問題。為此，綠水洞煤礦對大傾角綜采技術進行完善改進。著重對如何防飛矸傷人、過構造帶如何控架；下出口的端頭支護、工作面支架重新選型、采煤機重新研制、后續運輸設備重新選型等問題進行了進一步改進和完善。通過研究和實驗，大傾角工作面單產已達到60萬t以上。

根據工作面煤層傾角、厚度及其頂底板情況選用ZYJ2300/13/32型或ZYJ2600/14/36型液壓支架。選用MG—375QW1或MG250/620-QWD型采煤機組。工作面刮板輸送機選用SGB-730/160型可彎曲刮板輸送機。機巷（下順槽）安設 SZZ-730/160橋轉機1臺（長度40m）、PLM100破碎機1臺、1MYD（MY800）自移系統1套、SSJ-1000管架式皮帶機1臺（最大運距1000m）。

2.2 急傾斜綜采

2008年，綠水洞加強了對煤層傾角在45°～60°的急傾斜煤層的綜采技術研究。通過采場礦山壓力數值模擬和設備穩定性研究，提出了急傾斜（45°～60°）中厚煤層工作面支架、端頭支架、運輸機、采煤機等設備必須具備的技術參數和功能。通過“三機”配套選型研究，選擇了嘉華機械公司生產的ZJ3600-15/36型液壓支架和ZTHJ11400-15/23型橫式端頭支架，天地（上海）公司改型的MG250/620-QWD采煤機，中煤集團張家口煤機廠改型的 SGZ730/160運輸機。通過現場工業性試驗，取得了較好的技術經濟效益，工作面平均月產達到47392噸。

2.3 急傾斜偽俯斜綜采

廣能公司李子埡南煤礦5135工作面為急傾斜煤層，又是特“三軟”煤層，平均厚度在1.93m，煤層傾角在50～85°。煤層傾角大、松軟，極易出現垮冒。2012年，李子埡南煤礦在5135工作面使用自主開發的急傾斜偽傾斜綜采薄及中厚煤層的綜合機械化采煤三機設備：MG100×2/495-QWD型采煤機、SGB-730/160-J型可彎曲刮板輸送機、ZJ3600/11（15）/24（36）型支撐掩護式液壓支架及ZJHJ11400/15.5（19.5）/25（29）上下端頭支架，采用急傾斜偽俯斜綜采技術，從9月開始試生產至11月止，平均（三個月正常月份）月單產達21019.6噸，最高月單產達23176.3噸，最高日產量超過1000噸。徹底解決了目前國內薄及中厚急傾斜“三軟”煤層成套設備生產率低、故障率高、安全狀況差等難題。

該綜采支架和工作面刮板運輸機防滑、支架防倒與推溜拉架聯動，使職工操作簡單，且防倒防滑更加可靠，此種作法在國內屬首創；該支架具有頂梁異形等一系列特點，此種用于偽俯斜開采的液壓支架在國內屬首創；工作面排頭架與端頭支架間增設了防滑（防第一架支架下滑）、擋矸（擋采空側矸）裝置，進一步完善了大傾角綜采技術。該裝置在國內也屬首創。

急傾斜偽俯斜綜采進行了多項技術創新并獲得了2項發明專利和2項實用新型專利技術創新成果：發明專利“一種用于煤礦綜采工作面的架間擋矸方法及擋矸裝置”，（申請號2013101026165）；發明專利：“一種增大綜采工作面中支架調節高度的方法及應用支架”，（申請號2013101025694）；實用新型專利：“一種用于煤礦綜采工作面的架間擋矸裝置”，（專利號ZL 2013 2 0140562.7）；實用新型專利：“一種液壓支架”，（專利號zl 2013 2 0140561.2）。

2.4 急傾斜復雜煤層液壓可伸縮柔性掩護支架

廣能公司李子埡南煤礦煤層松軟，軟分層較厚，頂底板圍巖破碎，在采用柔性掩護支架回采過程中經常遇見斷層或煤層薄化現象，嚴重影響了煤炭質量。一方面當煤層厚度大于掩架寬度時，超過支架寬度的煤炭就不能回采，只能將底煤進行丟棄，造成煤炭資源浪費。當煤層變薄小于支架寬度時，支架又不能正常推進，出現皺架，這時只能臥底推進，嚴重影響了煤炭質量，同時工作面支架極易出現掛架、扣架、翹腳等現象，嚴重制約正常回采，同時給回采安全造成嚴重安全隱患。另一方面，采用現目前的柔性掩護支架回采時，工作面工作空間十分狹小，造成工作環境十分惡劣，極易造成工作面堵塞，影響工作面通風使工作面內瓦斯集聚，從而引起瓦斯事故，而為保證工作面通風良好，工作面的配風量遠大于需風量，不僅會造成礦井風量緊張，而且也致使工作面風速過大，導致粉塵飛揚，給安全生產留下隱患。因此，為使礦井實現安全、健康、可持續發展，適應復雜的地質構造情況下安全回采，減少資源浪費，礦組織工程技術人員科技攻關，提出了“可伸縮柔性掩護支架及開采技術研究”。

2010年，李子埡南煤礦5127工作面采用偽傾斜液壓可伸縮柔性掩護支架采煤法進行開采，全部垮落法管理頂板。液壓可伸縮柔性掩護支架在5127回采工作面試驗期間，未發生輕傷及以上事故；沒有出現明顯掛架、翹腳及扣架現象，各項生產技術指標均達到了目標要求。現場試驗表明，采用的液壓可伸縮柔性掩護支架采煤法能夠很好的適應1m～2m采高條件下的急傾斜煤層開采。

該研究成果對于改善李子埡南煤礦安全生產環境，降低工人的勞動強度，提高礦井產量，改善企業的經濟效益和社會效益具有十分重要的理論意義和實際應用價值，特別是對我國南方大都屬于復雜地質構造條件影響的急傾斜煤層實現煤炭資源安全、高產、高效開采具有重要的示范作用，也是對我國乃至世界煤炭工業技術進步的一大貢獻。李子埡南煤礦液壓可伸縮柔性掩護支架及開采技術研究的成功實施和推廣獲得國家實用新型專利授權（專利號：201120023520.6）和國家發明專利受理（申請號：201110080964.8），技術屬國內領先水平。

3 發展方向前景

從有關文獻資料來看，大傾角煤層的產量呈逐年上升趨勢，這說明對大傾角煤層的開采在我國越來越受到重視。廣能公司綠水洞煤礦自1981年建成投產以來，各階段采煤工藝取得成功，與各級工程技術人員付出的艱辛努力分不開，尤其是大傾角綜采技術的成功，更是為綠水洞煤礦實現高產高效礦井建設作出了不滅的貢獻。“大傾角綜采技術”全國聞名。廣能公司始終堅持“科技興企”戰略，依靠科技創新，推進企業安全發展。大傾角綜采技術的應用，推進礦井進入高產高效發展之路。雖然廣能公司在大傾角綜采方面取得較大成功，但要真正攻克70°以上大傾角煤層綜采及無人自動化綜采技術還需不斷摸索和實踐。

4 結語

根據大傾角煤層綜采特點，必須改變傳統的“三機”配套理念，以支護系統的穩定性為設計核心。選用采高適應范圍大、支護強度高、寬型頂梁和底座，較大缸徑立柱、重量輕等特點的支架。和高阻力、大噸位的端頭支架；選用大功率、牽引力大、爬坡能力強的電牽引采煤機；選用全封閉、啟動、制動、防滑性能好的刮板輸送機。大傾角煤層工作面綜采支架在自由狀態下出現的下滑、傾倒和架間咬架現象是不可避免的。要使支架在工作過程中正常推進，必須使支架的初撐力和工作阻力使頂梁與煤層頂板、底座與煤層底板之間有足夠的初撐力和工作阻力。

多年來實踐證明：廣能公司大傾角煤層開采技術日趨成熟，從實施大傾角開采以來，工作面未發生過大的冒頂事故，支架防倒防滑設施運行可靠，采煤機無下滑事故，液壓支架和工作面輸送機下滑在控制范圍之內。

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