典型大采高綜采工作面俯采工藝優化研究

常景保

(西山煤電(集團)有限責任公司鎮城底礦，山西 古交 030203)

針對某礦典型大采高綜采工作面所面臨的俯采角度過大的技術難題，在綜合大量技術經驗及文獻參考的基礎上，對其俯采采煤工藝進行優化研究，首先對液壓支架的常規工況進行受力分析，得出其重心控制要點，其次對采煤機及刮板輸送機的運行及維護要點進行調整，并對工作面的支架—圍巖關系進行重點管理，保障了本工作面的安全順利回采，同時對類似地質生產條件下的回采工作有一定的借鑒意義。

大采高綜采；向斜構造；俯采工藝；頂板控制；支架-圍巖

我國煤炭資源賦存豐富，但隨著連年開采，賦存條件好、開采條件優的資源越來越少，許多礦井面臨地質條件復雜、開采難度大甚至資源枯竭等難題，因此，如何加大技術、裝備研發與應用力度，并加強賦存條件差、回采技術難度大的煤炭資源回收實踐，在我國未來的煤炭開采行業變得至關重要[1-2]。

某礦是集團公司的支柱煤礦，產能達到600萬噸以上，回采年限已達30年以上。面臨國家宏觀市場調控、煤企轉型發展的大背景，更加注重提質增效，不斷變革傳統的生產理念，通過加大科研力度、優化回采工藝、降低生產成本等手段，順利實施了地質條件極為復雜的2612大采高綜采工作面的論證批復及采掘工作，尤其是對最大19°的煤層大采高俯采工藝進行了優化完善，良好完成了預期技術攻關任務及生產經營目標。

1 工程背景

本礦2號煤層是主采煤層，賦存較穩定，煤層平均厚度4.2 m，但受地質條件影響，該煤層在深部區域賦存一層較厚夾矸層，夾矸層厚度約1 m～2 m，上層煤厚約2.5 m～3.5 m，下層煤厚約1.0 m～1.5 m，導致該區域煤層增厚至6.5 m左右，2612工作面即布置在2號煤層的該區域。2612工作面是該區域首個大采高綜采工作面，采用大采高綜采支架一次采全高，垮落法管理頂板，工作面上下順槽沿煤層頂板掘進，工作面頂底板情況如表1所示。

表1 工作面頂底板巖性賦存特征表

本工作面技術難點之一在于煤層受某較大向斜構造影響，煤層沿工作面推進方向傾角變化較大，最大俯采角度達到19度，對大采高工作面的回采帶來極大困難，尤其是對現有的采煤工藝提出較大挑戰[3-4]，本文即對該地質及生產條件下的大采高工作面俯采工藝進行優化研究。

2 大采高俯采工藝優化

2.1 液壓支架受力分析及參數優化

2612工作面配備ZY10800/30/65D型兩柱掩護式液壓支架。對于大傾角工作面或俯采、仰采工作面，液壓支架在對回采空間圍巖進行支護的同時，還要防止自身的下滑或傾倒，尤其是對于大采高工作面，因其重心高、穩定性差，更容易發生下滑或傾倒。根據受力分析，液壓支架正常支護狀態下主要承受重力、頂板壓力、底板的支撐力、俯采煤壁反作用力等，如果液壓支架受力不平衡發生失穩，就有可能導致支架側向傾倒或底座后部抬起脫離底板，進而頂板冒落矸石滾入底座下部，導致支架底座失穩程度加劇，可能導致支架傾倒或翻轉，失去支護能力。

因此，必須控制液壓支架重心位置處于合理范圍，設支架底座前端與底板接觸點為D點，必須保證支架重心垂線與底板的交點A點落在D點之后，方可保證支架不前傾；這就對端面煤巖體支護提出更高要求，保證給予支架前端以足夠的反向阻力，從而使支架狀態與圍巖支護良性循環，達到良好的支護效果[5]。

2.2 其他回采工藝及參數優化

1) 采煤機割煤因俯采角度過大，采煤機運行期間重心前移，導致采煤機齒軌輪、導向滑靴與銷排間受力增大，造成采煤機牽引阻力增大，尤其是上行期間運行困難，同時造成采煤機及刮板輸送機行走部磨損加劇，電牽引系統工作壓力增大、電控系統失穩等故障。所采取的優化措施包括：采煤機由雙向割煤變為單向割煤，即上行跑空刀、下行割煤，同時上行期間適當加快行走速度(不低于9 m/min)，依靠速度抵抗阻力，減輕運行壓力；更換輕型截割滾筒，為機身減重約8 t，減輕俯采壓力；加強設備檢修維護，及時更換磨損嚴重的齒軌輪及行走部等零部件，并加強電控系統及牽引系統的日常排查，及時處理故障。

2) 工作面刮板輸送機擔負采煤機的行走跑道任務，日常生產過程中必須保證輸送機平直，輸送機運行期間才可推移，防止人為損害設備；加強刮板輸送機鏟煤板的檢查維護，保證鏟煤板正常產煤，保證底板平直；加強設備檢修維護，及時更換磨損嚴重的銷排等零部件，并加強各類軸銷、限位器的日常排查，及時處理故障。

3) 大傾角工作面俯采，對液壓支架的支護工況影響較大，一是針對工作面支架下滑出現的咬架或支架間隙不符合標準的問題，采用從下向上的拉架順序，并使用好側護板調整好支架間隙，既要防止擠架咬架，又要防止支架側向阻力不足造成的傾倒現象；二是必須保證液壓支架足夠的支護強度，初撐力達標，及時拉移支架，并保證液壓支架前探梁及護幫板及時護幫護頂，控制好端面煤巖體，保證良好的支架—圍巖關系；三是加強液壓支架日常的檢修維護工作，嚴禁設備帶病作業，保證支架處理良好工作狀態。

3 結語

我國煤層賦存條件優劣不齊，尤其是在中東部，部分服務年限較長的礦井逐漸需要面臨地質條件復雜、煤層賦存條件差的資源回采。針對某礦典型大采高綜采工作面所面臨的俯采角度過大難題，對其特定地質生產條件的采煤工藝進行優化，包括對液壓支架的受力分析及參數優化，對采煤機及刮板輸送機的運行及維護調整，對工作面支架—圍巖關系的重點管理等。通過這一系列的技術和管理措施對大采高工作面俯采期間遇到的技術難題進行針對性解決，有效解決了工作面初采期間的遇到的俯采難題，保障了工作面的安全順利回采，對類似地質生產條件下的回采工作有一定的借鑒意義。

[1] 岳喜占,黃仁屏.大傾角大采高俯采工作面開采技術研究[J].煤炭科技,2012(2):10-12.

[2] 趙生華.大采高工作面仰采俯采技術管理與實踐[J].神華科技,2011,9(4):22-24,37.

[3] 劉正茂.超長壁大采高大傾角俯采工作面成功開采技術研究[J].水力采煤與管道運輸,2012(4):17-21.

[4] 楊印朝.復雜厚煤層大采高開采采場圍巖控制技術研究[D].北京：中國礦業大學(北京),2017.

[5] 閆少宏.特厚煤層大采高綜放開采支架外載的理論研究[J].煤炭學報,2009,34(5):590-593.