淺論煤礦大傾角薄煤層綜合機械化開采技術

王慶峰

摘要：本文分析了薄煤層綜采工作面的優化設計、采煤技術方法控制和開采過程中遇到問題的有效解決措施等，進而為大傾角薄煤層安全高效開采提供有力的理論和技術支撐。

關鍵詞：煤礦開采;大傾角薄煤層;設備防倒防滑;技術

引言

煤礦隨著開采的不斷向前延伸，到了中后期薄煤層則是很多礦井所遇到的問題。但是，往往地質構造的原因，不僅是薄煤層，而且大多都伴隨著傾角的加大。而在大傾角下回采這些薄煤層，所帶來的困難就比較大，涉及到安全的一系列問題。全國就薄煤層而言，約占可采儲量的一半以上。一般隨著礦井可采儲量的日益枯竭，薄煤層的開采就成了主要面對的問題了。因開采設備的原因，現1.3-1.5m的較薄煤層，開采機械化程度還是不高的，其生產效率也較低，嚴重制約著開采的速度，影響高產高效礦井建設。較薄煤層用大架型進行開采，不僅使開采成本增高，還對頂板經常被切割，使得煤炭灰分增高，甚至部分資源不能被采出。薄煤層綜采技術，其機械化裝備配套，在煤炭行業還很不成熟，正處于探索階段，尤其是大傾角較薄煤層綜采實踐還比較少，理論研究薄弱。探索大傾角薄煤層機械化開采途徑，還有待深入的進行研究。淮北礦業根據近幾年的實踐經驗，在大傾角條件下開采薄煤層，設備的防倒防滑是關鍵，其次是根據現場情況及時調整液壓支護方式，配合采煤機往返切割。

1 薄煤層綜采工作面的優化設計

1）做好勘探設計。因綜采工作面設備多，且重量大，搬運也比較困難，而對復雜的地質條件還適應性差。為了保證生產均衡穩定，并能取得最大的開采效果和經濟效益，必須充分利用現有的安全高效的地質保障手段。如采用無線電坑透、直流電法測水，以及打鉆探放水等綜合手段探明回采區域內的地質構造，將其在設計中進行優化，以達到對工作面回采影響最小的效果。

2）做好巷道布置優化設計。為避免工作面內地質構造、斷層等的影響，可在確定工作面的走向可采長度、傾斜長度上優化設計。比如保證工作面有效防治水兩順槽均為向回采方向5°下山布置等。

3）設備優化設計布置。工作面選用合適的薄煤層采煤機，以適應更薄煤層的開采需要。比如可將原有滾筒改小，配備合適的掩護式支架，有的可在架前加裝伸縮式前探梁，以便能及時有效的支護頂板，并防止冒頂事故發生。同時，工作面支架安設有防倒防滑裝置，頭組支架安裝有防倒千斤頂，工作面每10組支架安裝一防滑設施等方法。

2 采煤技術方法控制

1）采高的控制。總的回采原則應為：沿頂板回采，煤較薄時（1.0-1.6m）可適當剎底;當煤層厚度小于1.0m時，就必須剎底挑頂，可使用采煤機與響震動炮相結合的方式進行落煤。不論哪種情況，都必須控制采高在1.6m以上。小于此厚度的煤層，如果煤層沉積穩定，無頂底板起伏、斷層等任何構造影響，回采可繼續進行。但煤層變薄時，就要降低采高;當煤層變厚或地質構造變化時，這就需要調整工作面，采高不夠1.6m就行不通了，這就好比井下巷道在彎道時就要加寬的道理。因此薄煤層回采時，必須控制好采高，使支架有一定的仰角，隨時能調整工作面狀態進行提車或剎底問題。

2）回采時采煤機割煤與支架工移架密切配合好。薄煤層回采時采煤機必須與支架密切配合，不然會影響生產。割煤時，必須刀刀挑頂，割至與支架平齊，還要將煤壁側浮煤掃干凈。兩邊的操作工要密切配合。否則，支架拉過去梁頭下栽，或運輸機飄車，這都會造成下刀采煤機難以通過。移架時，梁頭不能栽頭，要保證支架有一定的仰角。移架時，必須等采煤機進刀，將頂板割平后方可移架。割過煤后，采取追機移架，距離不小于6m。移完支架后，再順序抵車。

3）做好端頭頂板控制。因工作面傾角大，有的頂板為泥巖夾矸，且裂隙發育極不穩定。為防止端頭處夾矸頂板破碎，對端頭支架不接頂導致的下滑，需要在工作面端頭、出口處的頂板管理上做好控制。比如在工作面下端頭短臂注漿技術，超前預留出口方式對下端頭進行管理，以安全、可靠、有效的控制端頭處的頂板。①安全出口的支護形式。在工作面上、下出口頂板，采用合適的液壓支護。上、下出口直接頂泥巖因受超前壓力和風化影響，破碎易冒落。可超前工作面支設至少2棵戧柱對泥巖進行支護。在工作面內采用放炮方式預留超前出口，單體支柱配合鉸接頂梁進行支護。②端頭的支護形式。下端頭夾矸頂板受風化和超前壓力影響，極易掉落，容易破碎掉落傷人。前期可采用菱形網搭接巷道支護網的方法進行，后期采用在工作面下端頭進行超前注漿對圍巖進行加固，配合原有菱形網支護效果較好。工作面端頭使用單體液壓支柱配合金屬頂梁進行支護，單體液壓支柱的間排距與超前支護單體液壓支柱的間排距相同，金屬頂梁與超前支護的金屬頂梁鉸接，非工作面側則使用鉸接頂梁。③工作面下端頭注漿（水泥漿）超前支護。因頂板自重的影響，下端頭的直接項極易跨落，以上不能完全控制頂板不松散掉落。可采用短臂注漿方法。順槽巷道因受到礦壓及圍巖受到分化影響，巷道被破壞的范圍并不大。注漿孔的眼深不能太深，過深的眼會造成材料的浪費;可在工作面超前影響范圍內注射。在直接頂跨落前注水泥漿，則能有效利用巖石因礦壓產生的裂紋將直接頂加固。

4）做好防止矸石傷人控制。受大傾角影響，回采時也易發生煤矸片幫下竄。此時輸送機機頭以上30m范圍內，可在護欄與支架間全部使用雙層防矸網，使該段刮板輸送機處于封閉狀態。工作面刮板輸送機運輸道內要每間隔15m安設一組防沖欄，當煤矸沿刮板輸送機滑落時能有效減緩下滑速度，保證作業人員的安全。

5）做好工作面各種設備下滑控制。大傾角、堅硬濕滑底板的特殊條件，工作面液壓支架、刮板輸送機需運用綜合措施防止下滑。可采取移架和推溜的順序以及工作面的調采等方式進行，以有效防止工作面液壓支架、刮板輸送機因大傾角下滑。對液壓支架的防倒、防滑：可在3架排頭支架之間的頂梁前部裝有1個調架千斤頂，以調整支架的架間距，使下滑的支架得以復位。對工作面可彎曲刮板輸送機的防滑：主要利用安裝于液壓支架頂梁推溜桿下方的防滑千斤頂進行。當溜槽下滑時，可利用防滑千斤頂將推溜桿向上頂從而阻止溜槽下滑。

3 開采過程中遇到問題的有效解決措施

1）工作面支架防倒與防止輸送機上竄下滑。支架防倒和輸送機上竄下滑是最常見問題，也是影響安全生產的大事。由于支架與輸送機互相制約，輸送機下滑容易牽動支架，從而損壞支架推移裝置。支架傾倒，架向不正會造成輸送機下滑，導致機頭不能與轉載機搭接運煤。因此，大傾角綜采工作面必須采取有效措施，防止此類事故發生。這可采取如下措施進行：①偽斜開采。即采用機頭超前，偽傾斜回采，使推溜時輸送機的上移量與下滑量相抵消，保證輸送機沿走向推進。先假定一個煤層傾角α，當傾角為α時，工作面設備剛好不下滑。假設輸送機、液壓支架、采煤機等設備總質量偽M，而煤層底板對金屬的摩擦系數為μ=0.35時（如圖1所示），根據某實例計算，則有：M×sinα= M×cosα×μ;tanα=μ;α≈19°。即：當煤層傾角大于19?時，工作面輸送機就會自動下滑。若考慮工作面淋水等條件降低摩擦系數，該角度就小于19?，那就要再計算。工作面應有的超前量計算：AB為工作面上風道、下運道落差;AC為工作面斜長;AD為工作面偽斜后實際斜長;BC為工作面平面投影時的切眼長度;DC輸送機剛好下滑時下運應有的超前量;∠ADB為偽斜時工作面傾角;保證輸送機不下滑，下運超前量DC為：AD=AB/sinα=27/sin19°≈82.8m;AC=81.5m;DC=≈14m。但是，當兩順槽的落差隨地質條件變化而變化，超前量不是固定的，需要隨落差變化而調整。②防倒防滑措施。在工作面調偽斜后，工作面支架架向控制難度加大，這必須每刀保證架向垂直于輸送機，適當減小超前量并加以防滑設施綜合控制輸送機的下滑。

2）輸送機機頭與轉載機要合理搭接。薄煤層工作面雖采高較低，其順槽的高度不能低，尤其下順槽。下運道采用錨網支護時，沿底板掘進就出現了輸送機機頭與轉載機搭接過高的問題。輸送機落下的煤形成拋物線落入轉載機，這就要求工作面輸送機機頭與轉載機在水平方向上不能搭接，要留有一定余量。處理好輸送機機頭與轉載機搭接高度，控制好距離，方可便于接煤運輸。

3）老空區排水問題。工作面的不斷向前推進，老頂冒落，在老空區就容易出水聚集，且不易排出。工作面運輸采用下拉方式，皮帶順槽相對軌道順槽的水平標高較低，老空出水時需在平巷溜尾預留臨時水倉進行排水。因此采用支柱沿空留巷方式，在沿空留巷段安設水泵排水，并制定留巷段的通風和配套安全措施，方可避免老空水的不受影響。

結束語

實現大傾角薄煤層綜采工作面的安全順利回采，需要摸索出一套適應此類工作面的一系列方法和技術措施，只有解決好安裝、回采、回撤中所遇到的一些難題，才能確保礦井的安全和高產高效回采。其中大傾角薄煤層綜合機械化回采中的設備防倒、防滑是關鍵。

參考文獻

[1]辛海亭，王維.大傾角薄煤層堅硬濕滑底板綜采技術研究與應用[J].中國高新技術企業，2012.05：141-142.

[2]張德軍.大傾角薄煤層綜合機械化采煤技術總結[J].廣東科技，2012，23：189，130.