彬長礦區大傾角厚煤層開采實踐

苗 崢，梁則虎，劉會彬，楊 博

(彬縣煤炭有限責任公司，陜西 咸陽 712000)

0 引言

彬縣煤炭有限責任公司下溝煤礦位于陜西省彬州市，隸屬于彬縣煤炭有限責任公司，行政區劃屬彬州市城關鎮管轄。礦井位于隴東黃土高原的東南部，南高北低，南部為溝谷切割地貌，涇河由井田北部流過，地表為涇河河灘地與臺地。井田東西長3.7～4.5 km，南北寬3.0～3.7 km，井田面積10.313 5 km2，地質儲量22 203.4萬t，采掘均采用國際、國內先進設備，機械化程度達到100%。能否實現礦井大傾角工作面的成功開采，將直接關系到礦井主采4#煤層工作面的布置，乃至影響礦井長遠開采設計的規劃和實施。

1 工作面概況及采煤方法

1.1 工作面概況

ZF201工作面位于下溝煤礦井田南部402采區，東側為402采區3條上山巷道，西側為403采區3條上山巷道保護煤柱，北為+525大巷保護煤柱，南為待采煤體，埋深約380 m。工作面傾向長度為120 m，傾角25°～35°，平均30°，走向長度1 068 m，回采標高+594～+689 m。4#煤層走向東西，傾向南北，平均厚度11.5 m，含夾矸3層，厚度在0.25～0.4 m之間，巖性主要為泥巖，炭質泥巖與泥質粉砂巖，煤層硬度f=2～3，容重1.32 t/m3。4#煤層直接頂為泥巖、薄煤、砂質泥巖與細粉砂巖，平均厚度5～10 m，基本頂為細砂巖、砂質泥巖，厚7～13 m，屬二級二類頂板，較易冒落，有時見0.4 m左右砂質泥巖偽頂。4#煤層底板為鋁土質泥巖與粉砂巖，平均厚度3～5 m，有時可見0.2 m左右炭質泥巖偽底，遇水易膨脹。原煤發熱量平均為28 MJ/kg，其低位發熱量亦大于25.08 MJ/kg。整個工作面水文地質條件簡單，伴隨有斷距較小的斷層發育。礦井屬高瓦斯礦井，工作面采用走向長臂后退式采煤方法，頂板管理方式為垮落法。

1.2 采煤方法

ZF201工作面煤層平均厚度11.5 m，煤層結構簡單。通過計算、比較分層開采和綜放開采，最終確定該工作面采用綜采放頂煤開采方法，綜采放頂煤開采技術主要具有以下優點。

具有較強的適應性：綜采放頂煤放開采沿煤層底板割煤，支架上方煤體通過放煤回收，工作面推進受煤層厚度變化影響小[1-3]。

實現集約化生產：降低了噸煤生產成本，提高了工作面單產效率，綜放開采降低了巷道掘進量，減少了采煤機割煤量，材料及電力消耗減少，生產效率提高，實現高效集約化生產。

改善了自然發火煤層的管理：綜采放頂煤與分層開采中、下分層煤層自燃防治相比，綜放開采有利于煤層自然發火的防治。

頂板控制問題：分層開采過程當中，中、下分層頂板是人工假頂(一般在上分層開采時鋪設鐵絲網)，受人工假頂質量的影響，工作面頂板控制問題多。

設備壽命長：有利于設備的維護與保養，延長設備的壽命。綜采放頂煤開采工作面，煤炭產量主要來源于頂煤，支架、采煤機和前部刮板輸送機等設備與相同產量的普通綜采工作面設備相比，使用時間短，過煤量少，設備使用壽命長。

2 設備選型和采煤工藝

2.1 設備選型

根據綜放工作面設備選型原則以及當今我國大傾角綜放工作面開采設備選型現狀[4-6]，并結合下溝煤礦401、403采區已開采工作面使用設備的優缺點。最終確定ZF201工作面基本架選用ZF10000/18/33型放頂煤液壓支架，安設架數74架；過渡支架選用ZFG10000/19/33H型放頂煤過渡支架，安設架數6架；端頭支架選用ZFTZ20000/23/34型中置式端頭液壓支架組一組。選用MG300/700-AWD型電牽引采煤機，總功率700 kW，最大爬坡角度45°。前后刮板輸送機均選用運輸能力為1 500 t/h、內寬800 mm的SGZ800/400焊封底式刮板輸送機。

2.2 采煤工藝

綜采工作面的采煤工藝主要包括破煤、裝煤、運煤、支護、采空區處理、兩端頭支護等幾種工序[7-9]。

破煤：采用MG300/700-AWD型電牽引采煤機進行破煤和落煤，破煤方式為采煤機端部斜切進刀割煤，破落的煤體通過 SGZ800/400焊封底式刮板輸送機外運。

移架：隨著采煤機的割煤，按順序移架，步距0.8 m，為及時支護頂板，當采煤機前滾筒割煤完畢，在保持前滾筒2～3 m的安全距離后，隨機移架。

推前部輸送機：前部輸送機滯后采煤機后滾筒15 m以外推入，分段推入，保證輸送機呈一條直線，彎曲段不低于15 m，不出現急彎，以防出現斷鋸齒環、啞鈴銷子或溜槽錯口。

放頂煤：兩輪順序放煤，放煤時，嚴格遵守“兩輪、順序、均勻放煤、大塊破碎”的準則。

拉后部輸送機：放煤結束后，拉后部輸送機與推前部輸送機相同，分段拉回，拉后部輸送機保證其呈一條直線，不得出現急彎，以防出現斷鋸齒環、啞鈴銷子或溜槽錯口。

3 存在的主要問題及改進方法

大傾角工作面開采的主要問題在于運輸機下滑和支架失穩。而工作面液壓支架管理又是各項環節的重中之重，支架狀態的好壞將直接影響礦井的安全生產。因此，管好工作面的支架狀態既是重點，也是難點。運輸機下滑，使得運輸機進入機道較多，不僅會造成運輸機頭與轉載機搭接不正常，給工作面單產帶來困難，同時還會造成液壓支架的下滑、失穩，導致工作面移架困難，增大生產難度，影響工作面正常生產。

3.1 工作面調成偽傾斜開采

為了控制運輸機和支架在工作面推進時下滑，礦井將ZF201工作面調成偽傾斜，即運輸機頭超前于運輸機尾。當支架和運輸機相互向前推移時，工作面的設備每移動一個循環，就會產生一定量的位移，如果偽傾斜的角度合適，就能使上移量和下滑量相互抵消，從而起到控制設備下滑的作用。

將工作面調成偽傾斜，偽傾角是個經驗值，它不僅與工作面傾角有關，還與工作面底板巖性，底板狀態以及工作面的設備有關，超前過大，工作面易片幫，威脅安全生產，超前少，不能控制設備下滑，所以偽傾斜距離必須根據現場生產情況隨時調整。

3.2 運輸機防滑

在進行運輸機防滑時，根據煤層傾角變化情況，及時觀察運輸機頭尾位置變化，及時調整偽傾角。工作面采用單向割煤，單向移運輸機的方式作業，即采煤機下行割煤，上行空牽，采煤機空牽時自下而上追機推移輸送機。運輸機頭與機道轉載機搭接度必須合理，高度必須適中，以防止運輸機帶煤渣，增大負荷，造成運輸機下滑。為防止輸送機下滑、在工作面10#、14#、18#支架底座前安裝刮板機防滑裝置，通過十字頭、鏈條、防滑油缸、12T卸扣將支架與前刮板機溜槽進行連接，起到溜槽防滑作用。

3.3 支架防滑防倒

支架排布：工作面開始回采時，1#～5#支架的底板保證平直，6#～15#支架及時安設防倒防滑裝置。從6#支架開始，在支架頂梁處采用連接頭及防倒千斤頂將6#支架與7#支架連接，同理將7#支架與8#支架連接，直至15#支架為止。通過防倒千斤頂的推拉來實現防倒及調架(主要包括轉軸、連桿、防倒千斤頂等部件)，轉軸可360°轉動，采用橫銷連接防倒裝置與頂梁。

調整：在回采過程中及時調整支架狀態。工作面前部支架的穩定是穩定中部支架的關鍵因素之一，因有1#～15#支架為基礎，正常情況下，工作面剩余支架通過活動側護板主動防倒防滑，不安裝上述防倒千斤頂，但每架支架都留有安裝防倒、防滑裝置的連接座，以便隨時調架。

移架：采取順序移架，防止拉移支架在支撐階段時可能產生下滑，并使支架保持合適的迎山角，以抵消頂板下沉時的水平位移量。在移架時、使梁端距不得大于340 mm，一般在300～320 mm之間。移架時遵循帶壓擦頂移架的原則，可采取2種方法，一種方法是略降支架立柱，降低高度不大于側護板高度的1/3，再拉架；另一種方法是打開拉架手把，再降支架立柱。

局部冒頂處理：遇到架前局部冒頂，及時前移支架，并伸出前探梁緊貼煤壁進行封堵，嚴禁架前放煤，造成支架上部懸空。若支架之間出現空頂時，及時調整側護板，使其緊靠相鄰的支架；空頂嚴重時，要用材料背頂，剎住縫隙；當間隙大于300 mm時，要用鋼梁“一梁三柱”進行支護。

測量：生產時，班隊長及時測量和掌握工作面的偽斜，以控制好刮板機的上竄下滑為宜，要嚴防刮板機下滑牽動支架前梁向下歪斜引發倒架。生產過程中始終自工作面前端頭部開始向機尾移架，支架工在拉移支架過程中及時調整支架，使支架尾梁偏下或垂直刮板機。

檢修：根據現工作面支架的狀態，制定強有力的檢修計劃，安排專人監督每天的檢修任務落實情況，確保支架狀態完好，防倒防滑裝置油缸動作靈敏，機械連接裝置安全可靠。生產時及時調整支撐狀態不符合要求的液壓支架，支架移到位后及時調架并給足初撐力。支架工與采煤機司機相互配合，搞好工作面的工程質量，保證頂底板的平整度和支架、刮板機保持一條直線。

4 結語

通過對該工作面的設備選型，采取傾斜開采，對設備進行改進，增設放倒、防滑千斤頂，規范設備推移操作方式，加強勞動力組織，成功對該工作面進行了安全回采。同時取得了非常顯著的經濟效益和社會效益，為該礦井今后的多處厚煤層大傾角工作面安全開采積累了極其寶貴的經驗，奠定了堅實的基礎，提升了公司及礦井的科技創新競爭力，對整個彬長礦區厚煤層大傾角工作面的安全高效回采具有一定指導意義。