急傾斜煤層綜采工作面回采工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

徐經(jīng)宙

(山西臨汾古縣西山鴻興煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 042405)

引 言

在井下開采時(shí)，一般煤層傾角在12°以下時(shí)被認(rèn)為是最佳傾角[1]，不會(huì)出現(xiàn)由于設(shè)備自身較重而出現(xiàn)設(shè)備下滑，在開采煤炭資源時(shí)，對(duì)出現(xiàn)的設(shè)備竄動(dòng)、歪架等現(xiàn)象，通過不斷地完善和改進(jìn)開采工藝進(jìn)行解決。但是，如果出現(xiàn)煤層傾角大于12°時(shí)，就需要安裝防倒防滑裝置，不斷將回采工藝進(jìn)行優(yōu)化和完善。

1 工程概況

西山鴻興煤業(yè)某工作面煤層傾角最大為35°，工作面的傾斜長(zhǎng)度為142 m～49.5 m，其中，急傾斜工作面的長(zhǎng)度750 m～793 m，工作面的平均煤層厚度為5.25 m，煤礦總存儲(chǔ)量約46.8萬(wàn)t，在對(duì)此工作面進(jìn)行回采時(shí)，采用機(jī)械式方法進(jìn)行開采，開采的高度為2.4 m，采用一采一放的形式，同時(shí)采用兩排單體液壓支柱的支護(hù)方式，整個(gè)開采所用到的機(jī)械設(shè)備有采煤機(jī)、液壓支柱、雙鏈刮板輸送機(jī)[2]，由于急傾斜煤層對(duì)巷道布置及設(shè)備都有一定的要求，因此，要優(yōu)化改進(jìn)工藝，以提高煤層的開采效率。

2 回采工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 上下調(diào)整架溜

該工作面屬于急傾斜煤層，煤層的傾角較大，工作面整體走向變化也較大，采用分段定向施工方法掘進(jìn)回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷，由于回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷的坡度較大，巷道中部有彎道，因此，在進(jìn)行巷道掘進(jìn)的過程中，要將綜采設(shè)備適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行上提或是下放[3]，確保工作面上的支架以及刮板輸送機(jī)等設(shè)備不會(huì)下滑到機(jī)巷，并且距離下出口沒有機(jī)架段的長(zhǎng)度要小于2.5 m。

通過在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際布置，要實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面支架、刮板輸送機(jī)等設(shè)備的上提或下放，就需要通過調(diào)整支架的俯仰角來(lái)確保一致，同時(shí)根據(jù)下方相鄰支架的方向來(lái)控制上方活動(dòng)支架的移動(dòng)方向，如果要讓支架實(shí)現(xiàn)上提，則需要讓支架的前端向上仰，如果要讓支架實(shí)現(xiàn)下放，則需要讓支架的前端向下俯，支架的上提和下放示意圖,如圖1所示。

圖1 支架的上提和下放示意圖

支架上提的最大距離,如式(1)所示：

Δh=L×sinα

(1)

式中，L是支架推溜的步距，一般為600 mm；α是推拉桿的最大傾斜角，一般為10°。

將參數(shù)代入上式后可以得到支架上提的最大距離為104 mm。在巷道的坡度和方向變化較大時(shí)，就要根據(jù)變化的情況，適當(dāng)?shù)貙?duì)支架的俯仰角進(jìn)行調(diào)整，一般在開采前20 m處調(diào)整好，工作面每進(jìn)一刀，支架的架溜上提量小于100 mm，架溜防滑的原理，如第103頁(yè)圖2所示。

圖2 架溜防滑原理

2.2 控制增減架

西山鴻興煤業(yè)某工作面受運(yùn)輸巷斷面的影響，同時(shí)又有轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、輸送機(jī)等設(shè)備，在工作面的長(zhǎng)度發(fā)生變化后，要及時(shí)增減支架和中部槽，否則設(shè)備只能從回風(fēng)巷進(jìn)行運(yùn)輸、安裝、撤出等操作，上出口也無(wú)法安裝上端頭支架[4]。為了確保在急傾斜工作面煤層上，作業(yè)人員的上、出口安全，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高開采的效率，則需要縮短在工作面上、下出口處的無(wú)支架段長(zhǎng)度，在上出口處，確保能及時(shí)安裝和撤出支架，且支架從頂部延伸到回風(fēng)巷的下邊緣；在下出口處，調(diào)整支架和輸送機(jī)，使無(wú)支架段的距離小于2.5 m。

2.3 割煤控制

考慮安全因素及設(shè)備防滑和低負(fù)荷的要求，如果在上行時(shí)割煤，由于采煤機(jī)的阻力較大，負(fù)荷較重，容易出現(xiàn)采煤機(jī)跑車，從而造成設(shè)備損壞。因此對(duì)急傾斜工作面煤層實(shí)行上行跑空刀收浮煤，下行單向割煤。在一個(gè)班組收班時(shí)，要將采煤機(jī)停放在上出口處，并完成進(jìn)刀工序，這樣的目的是確保對(duì)采煤機(jī)檢修時(shí)的安全，避免出現(xiàn)煤壁片幫傷人，同時(shí)完成推溜進(jìn)刀作業(yè)，確保工作面的平直度，控制工作面的質(zhì)量。

2.4 推溜移架順序

在進(jìn)行下行割煤時(shí)，要滯后跟機(jī)移架，才能確保在割煤后頂板得到有效支護(hù)，從上到下進(jìn)行移架，活動(dòng)支架有一定的限位，防止支架下滑，在上行跑空刀時(shí)，要滯后跟機(jī)推溜，從上到下進(jìn)行推溜，由于下方支架固定，推溜時(shí)輸送機(jī)一直處于下滑的狀態(tài)，由下到上進(jìn)行推溜時(shí)，正好避免輸送機(jī)下滑。因此，采用上行推溜下行拉架的方式，可以很好地避免急傾斜工作面上設(shè)備的下滑。

2.5 推溜過程控制

對(duì)急傾斜工作面煤層的開采過程中，防滑千斤頂是基本的配套設(shè)備，在進(jìn)行推溜時(shí)，要確保支架底座推拉桿上的防滑千斤頂處于受力狀態(tài)下，滿足在推拉桿方向上的支架推溜要求，以防輸送機(jī)不受力出現(xiàn)下墜。

2.6 拉架過程控制

在對(duì)工作面拉架的過程中，要提前將活動(dòng)架上架的側(cè)護(hù)板收回，調(diào)架梁收回，下架的側(cè)護(hù)板伸出，調(diào)架梁千斤頂伸出，在移架時(shí)，給下方留有一定的限位，上方有一定的活動(dòng)空間，讓支架在可以控制的范圍內(nèi)活動(dòng)。

在對(duì)工作面移架的過程中，要同時(shí)用到平衡千斤頂，以確保頂梁的水平度，在承壓下進(jìn)行移架，防止頂板出現(xiàn)冒落、支架出現(xiàn)倒架的現(xiàn)象。在升架后，要使頂梁和頂板完全接觸，確保支架的初撐力以及阻力，從而控制煤壁和礦山壓力顯現(xiàn)，減少頂板冒落。如果頂梁是下俯或是上仰狀態(tài)，則頂梁和頂板是點(diǎn)或線接觸，會(huì)出現(xiàn)頂板斷裂現(xiàn)象，頂梁下俯或上仰對(duì)頂板的影響，如圖3所示。

圖3 頂梁下俯或上仰對(duì)頂板的影響

3 應(yīng)用效果

應(yīng)用上述優(yōu)化的回采工藝，通過對(duì)該急傾斜工作面煤層的開采，選用正確的割煤、移架、推溜等作業(yè)，采取有效的設(shè)備防滑技術(shù)，確保工作面開采的安全高效。在試驗(yàn)過程中，可以看出，安全開采條件得到很大地改善，工人勞動(dòng)強(qiáng)度得以降低，平均月產(chǎn)量由0.55萬(wàn)t提高到1.16萬(wàn)t，采出率由82%提高到91%，可見，優(yōu)化后的回采工藝取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

針對(duì)急傾斜煤層容易出現(xiàn)設(shè)備下滑的問題，以西山鴻興煤業(yè)某工作面為研究對(duì)象，采用綜合機(jī)械化開采后，結(jié)果如下：

1)通過調(diào)整工作面的架溜，適當(dāng)控制增減架，并對(duì)割煤、推溜、拉架和移架等工藝進(jìn)行優(yōu)化，將支架的下滑控制在一定范圍內(nèi)。

2)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，優(yōu)化后的工藝使安全開采條件得到很大地改善，工人勞動(dòng)強(qiáng)度得以降低，平均月產(chǎn)量由0.55萬(wàn)t提高到1.16萬(wàn)t，采出率由82%提高到91%，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。