傾斜厚煤層綜采工藝探討及應(yīng)用

李文斌

（山西省陽泉市陽煤集團(tuán)安全監(jiān)察局，山西 陽泉 045000）

引 言

在我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭所占的比例達(dá)到60%以上，隨著機(jī)械制造技術(shù)及開采水平的不斷提高，我國(guó)大部分的煤層已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化開采，但是對(duì)于傾斜厚煤層來說，機(jī)械開采技術(shù)的發(fā)展還比較緩慢。由于社會(huì)需求的增大，淺部煤炭資源的開采已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)生活的需要，在這種情況下，深部煤炭資源的開采已經(jīng)迫在眉睫。在進(jìn)行深部煤炭資源開采時(shí)，由于煤層地質(zhì)條件復(fù)雜、煤層厚度增加以及地應(yīng)力增大等問題，開采的難度逐漸加大，難以實(shí)現(xiàn)高效的產(chǎn)出及運(yùn)輸，因此針對(duì)深部煤炭資源開采過程中存在的問題，對(duì)傾斜厚煤層的開采工藝進(jìn)行了分析研究，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，以實(shí)現(xiàn)礦井的安全高效開采，保證井下生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

1 礦井概況

以某煤礦為例，該礦煤質(zhì)較好，灰分較低、熱量值較高，有害元素含量較少。煤層的埋藏深度在700m～1 200m，煤層厚度為3.6m～6.5m，其工作面的頂板主要由細(xì)砂巖、粉砂巖以及泥巖等組成，巖性較穩(wěn)定。而工作面的底板則包括泥巖和砂質(zhì)泥巖，厚度最小為1m，巖性不穩(wěn)定。整個(gè)采區(qū)呈現(xiàn)由北向西的傾斜構(gòu)造，煤層傾角在29°～32°，并伴隨有少部分的斷層出現(xiàn)，且該區(qū)域內(nèi)瓦斯含量較低，雖然存在煤塵爆炸的危險(xiǎn)，但屬于不易自燃煤層。此外該采區(qū)附近的地應(yīng)力較大，在進(jìn)行巷道支護(hù)時(shí)成本較高，難度較大。

2 開采工藝的選擇

由該采區(qū)的開采情況可知，煤層的開采厚度在3.6m～6.5m，平均厚度為4.7m，為了更好地對(duì)該煤層進(jìn)行開采，提出了三種綜采方案：分層開采、放頂煤開采和一次采全高。分層開采自20世紀(jì)70年代試驗(yàn)成功后就得到了廣泛的應(yīng)用；而綜采放頂煤在80年代后也得到了極大的發(fā)展，不僅生產(chǎn)效率高，能耗低，而且掘進(jìn)的巷道數(shù)少；對(duì)于一次采全高來說，在開采條件適當(dāng)時(shí)大多數(shù)礦井都會(huì)選擇該工藝，但由于該礦的埋藏深度、傾斜角度以及煤層厚度較大，井下開采時(shí)需要的資金、人員投入等較高，井下機(jī)械設(shè)備的選型以及液壓支架的防倒防滑比較困難，因此通過分析可得，應(yīng)采用一次采全高和分層開采相結(jié)合的綜合機(jī)械化開采工藝，當(dāng)開采高度小于4m時(shí)，采用一次采全高；而當(dāng)大于4m時(shí)，則采用分層開采。

3 開采工藝的過程

3.1 割煤

在工作面回采期間，首先進(jìn)行的是割煤作業(yè)，其中一名司機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)采煤機(jī)前滾筒的割煤及頂板情況進(jìn)行觀察，而另外一名司機(jī)則負(fù)責(zé)觀察后滾筒的割煤情況，以對(duì)煤層的開采高度進(jìn)行控制。該礦工作面采煤機(jī)在進(jìn)行采煤時(shí)前后兩個(gè)滾筒遵循“左逆右順”的規(guī)律，且采煤機(jī)的運(yùn)行速度為1min前進(jìn)2m～3m，每次進(jìn)刀的深度為0.6m。

3.2 裝煤

該工作面在進(jìn)行煤炭裝載作業(yè)時(shí)，利用交流電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)采煤機(jī)的滾筒葉片進(jìn)行動(dòng)作，并配合使用刮板輸送機(jī)，利用輸送機(jī)靠煤壁一側(cè)的鏟煤板進(jìn)行裝煤，以實(shí)現(xiàn)煤炭的裝載。

3.3 運(yùn)煤

在進(jìn)行煤炭的運(yùn)輸時(shí)，工作面利用的是刮板輸送機(jī)，同時(shí)與該刮板輸送機(jī)配套使用的是橋式轉(zhuǎn)載機(jī)以及帶式運(yùn)輸機(jī)。

3.4 頂板支護(hù)

為了保證頂板情況良好，必須進(jìn)行有效的支護(hù)，其中工作面所使用的液壓支架為ZY3400／6.5／14型，并在工作面的前后兩端使用支撐掩護(hù)式液壓支架。一旦圍巖應(yīng)力較大時(shí)，在原來巷道支架的位置處應(yīng)設(shè)置中柱以加強(qiáng)支護(hù)，此外當(dāng)端頭支架與工作面支架之間的距離超過0.5m時(shí)，采用邁步抬棚進(jìn)一步加強(qiáng)端頭支護(hù)，并打好斜柱。

3.5 移架與推移刮板輸送機(jī)

該工作面所采用的移架方式為追機(jī)移架，每次支架推進(jìn)的距離為0.6m，垂直下降的距離不大于0.1m，相鄰的兩個(gè)支架不能同時(shí)進(jìn)行下降，且相鄰支架的距離不能大于0.2m。在移架時(shí)，首先應(yīng)將采煤機(jī)及刮板輸送機(jī)停機(jī)，同時(shí)移動(dòng)第1架，然后相繼移動(dòng)第2架與第3架，直至所有的支架移動(dòng)完成。當(dāng)支架移動(dòng)完成后，推移刮板輸送機(jī)，每次移動(dòng)的距離為0.6m。

4 開采工藝的優(yōu)化

4.1 采煤工藝優(yōu)化

在進(jìn)行工作面開采的過程中，原有的作業(yè)方式為采煤機(jī)割煤、裝煤以及推溜的工序同時(shí)進(jìn)行，該方式雖然可以實(shí)現(xiàn)煤炭的正常裝運(yùn)，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，容易使鏟煤板鏟起的煤不能順利運(yùn)走，而堆積在煤壁附近，或者落到溜槽下方，導(dǎo)致推溜不到位以及切割頂板，為了改善這種狀況，將原來的作業(yè)方式進(jìn)行了改進(jìn)，具體措施為：先進(jìn)行采煤機(jī)割煤與裝煤的工序，然后將采煤機(jī)關(guān)閉，開啟刮板輸送機(jī)，進(jìn)行推溜作業(yè)。此外由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，刮板輸送機(jī)的使用范圍受到了限制，因此對(duì)于一些起伏較大的區(qū)域，應(yīng)進(jìn)行人工輔助裝煤，提高煤炭資源的利用率［1］。

4.2 移架及防滑措施優(yōu)化

為了保證液壓支架支護(hù)的強(qiáng)度以及支架的穩(wěn)定性，對(duì)液壓支架進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。具體表現(xiàn)在：對(duì)于工作面液壓支架而言，在進(jìn)行拉架作業(yè)時(shí)，應(yīng)首先將支架的伸縮梁伸起，使之與煤壁緊密接觸，同時(shí)將相鄰支架的側(cè)護(hù)板撐開，進(jìn)行帶壓擦頂作業(yè)，以防止液壓支架之間的相互擠壓，并根據(jù)工作面傾角的變化調(diào)整刮板運(yùn)輸機(jī)的移動(dòng)方向，避免上移或者下滑。而對(duì)于端頭支架而言，由于支架伸縮梁的前端沒有煤壁，因此支架傾倒和翻轉(zhuǎn)的問題更加突出，為了改善支護(hù)狀況，在進(jìn)行拉架作業(yè)時(shí)，將一根單體支柱斜向上打到了支架頂梁的附近，以支撐支架，并消除一部分的下滑力，此外對(duì)于最下方的端頭支架來說，在移架時(shí)應(yīng)采取千斤頂對(duì)支架進(jìn)行控制，以提高支架的穩(wěn)定性和安全性［2］。

4.3 順槽設(shè)備防滑措施優(yōu)化

工作面煤層傾角較大時(shí)，不僅會(huì)對(duì)液壓支架造成影響，也會(huì)給順槽運(yùn)輸設(shè)備的使用帶來不便，為了解決這個(gè)問題，在轉(zhuǎn)載機(jī)附近采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施。在轉(zhuǎn)載機(jī)的兩側(cè)增設(shè)了錨固裝置，該裝置是由高強(qiáng)錨桿組成的，且錨固方向沿著底板的傾向進(jìn)行，并利用鋼絲繩將轉(zhuǎn)載機(jī)固定在錨桿上，錨桿之間的距離與刮板輸送機(jī)每次的推移距離是一致的，此外還將轉(zhuǎn)載機(jī)的機(jī)尾與端頭支架進(jìn)行連接，以對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行固定，避免被拉跑。

4.4 防煤壁片幫措施優(yōu)化

在對(duì)傾斜厚煤層綜采工作面進(jìn)行開采時(shí)，煤壁會(huì)發(fā)生片幫的現(xiàn)象，有的甚至達(dá)到了1.5m的深度，為了解決該問題，在容易發(fā)生片幫的區(qū)域增設(shè)了二級(jí)護(hù)幫裝置的液壓支架，并在每節(jié)刮板運(yùn)輸機(jī)的中部槽上設(shè)置了擋煤板，除了對(duì)采煤機(jī)以及刮板運(yùn)輸機(jī)的工作狀況進(jìn)行觀察外，該擋煤板應(yīng)保持時(shí)刻升起的狀態(tài)；其次采煤機(jī)割煤后，在落后于采煤機(jī)2架液壓支架的位置處立馬進(jìn)行擦頂移架作業(yè)，并及時(shí)打開護(hù)幫板，若片幫嚴(yán)重，則使用千斤頂將第一段護(hù)幫板向上翻轉(zhuǎn)，以起到臨時(shí)支護(hù)的作用；同時(shí)對(duì)煤壁進(jìn)行加固，采用木質(zhì)錨桿或者膨脹水泥尼龍繩錨桿等控制煤壁的片幫；此外一旦工作面的機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)在事故發(fā)生位置上方20m處安排專門的工作人員對(duì)煤矸滾落情況進(jìn)行觀察，并在5m的位置處設(shè)置擋矸板，避免煤矸傷人［3－4］。

4.5 架腳煤清理措施優(yōu)化

工作面煤炭在進(jìn)行開采時(shí)，破落下的煤塊經(jīng)常會(huì)滾落到液壓支架的架腳處，從而影響支架的正常移動(dòng)，并造成了煤炭資源的浪費(fèi)，為了解決這個(gè)問題，對(duì)架腳煤的清理進(jìn)行了改進(jìn)：首先分區(qū)域清理架腳煤，提高作業(yè)效率，其中分段的距離以架腳走向擋矸設(shè)施為界限；其次在分段清理之前，要從上向下刨掉煤壁的傘檐，并將斷層以及溶洞內(nèi)的矸石敲落，以免對(duì)擋矸設(shè)施造成破壞；同時(shí)為了提高煤炭資源利用率，可暫時(shí)掀起刮板運(yùn)輸機(jī)上的防護(hù)網(wǎng)，以進(jìn)行煤炭的裝運(yùn)，裝完之后要及時(shí)將防護(hù)網(wǎng)恢復(fù)原態(tài)。

5 優(yōu)化效果分析

通過對(duì)工作面采煤工藝進(jìn)行優(yōu)化可以發(fā)現(xiàn)，該采煤工藝在礦井中的應(yīng)用效果良好，不僅實(shí)現(xiàn)了當(dāng)月煤產(chǎn)量由15萬t增加到了18萬t，且實(shí)現(xiàn)了工作面的安全順利生產(chǎn)，在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，提高了井下的產(chǎn)量以及噸煤的功效，此外煤礦開采過程中機(jī)械事故以及人員傷亡事故發(fā)生的可能性大大降低，不僅保證了工人的生命安全，同時(shí)減輕了工人的負(fù)擔(dān)以及維修作業(yè)量。

6 結(jié)語

目前，大采高綜合機(jī)械化開采工藝在傾斜厚煤層的應(yīng)用中可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)不多，且由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性以及開采工藝的限制，在進(jìn)行礦井的安全高效生產(chǎn)時(shí)仍然存在著許多問題。針對(duì)這些問題，進(jìn)行了上述優(yōu)化改進(jìn)，確定了該礦的開采工藝以及開采工藝的過程，并通過改變采煤機(jī)裝載以及推溜的順序、將移架的方式改為“帶壓擦頂”作業(yè)、增設(shè)單體支柱、千斤頂以及擋煤板等，提高了采煤作業(yè)的安全性，增強(qiáng)了企業(yè)的開采效率，不僅實(shí)現(xiàn)了開采的順利進(jìn)行，而且實(shí)現(xiàn)了工作面的綜采一次采全高，為其他礦井在類似開采條件下進(jìn)行高效采煤提供了借鑒和參考。