深部大倾角综合机械化开采与实践

贾永勇

摘 要:科学技术的进步使大量现代采煤设备不断更新和应用于矿井生产,大大提高了企业的采煤能力和效率。随着矿井规模的扩大,煤炭的开采开始呈现出更深、更倾斜、且更加机械化的趋势,然而大倾角煤层复杂的作业条件也给矿山综合机械化开采制造了困难。本文结合笔者的工作实践,分析了综采技术在深部大倾角工作面中的应用方法,提出了作业中必须处理好的几个实际问题。

关键词:大倾角煤层综采技术应用

中图分类号:TD823 文献标识码:A 文章编号:1674-198X(2012)05(a)-0088-01

1 工作面概述

3372工作面位于赵各庄井位13水平东翼3～4石门,属倾斜区域和倾斜向急倾斜过度区域。煤层走向110°～130°,煤层倾角30°～52°,平均为41°。煤层厚度在2.0m～5.2m之间,平均厚度为3.05m。煤层赋存相对稳定但较为复杂,局部发育多层夹矸且无连续性,厚度在0.05m～0.6m之间,平均为0.25m,夹矸岩性为黑色泥岩,深灰色粉砂岩。煤层组成了复合顶板,矿山压力显著,并伴有瓦斯、煤尘等灾害。

2 工作面中应用的采煤技术及巷道布置方法

3372工作面采用单一走向长臂后退式综合机械化采煤法进行作业,并以全部垮落法管理顶板。使用MG200/500-AWD型双滚筒采煤机落煤、装煤,并配以SGZ730/2×132型刮板运输机运煤。鉴于煤层倾角的变化,为保证工作面长度推进过程中等长,运输通道应按同一方向线掘进,回风巷方向线则应摆一定角度。采用综合机械化采煤,采煤机截深0.7m,工作面循环进度为0.5m,采高控制在2.2m左右,采用ZF4000-15.5/25型支撑掩护式液压支架支护顶板。以临架作为支架操作方式,移架则在割煤后、运输机移动前进行,顶板不好时,还应采取超前带压移架等方式处理。在工作面上端自开切口,斜切进刀,进刀点距上下出口15m左右,在倾角大的地段处采煤机慢速行走割煤。具体的施工工艺顺序为:上端头斜切进刀→向上返刀割三角煤→下行割煤→空刀上返→从下向上移架、推溜→挂网。

3 综合机械化开采技术分析

3.1 效益分析

3372工作面平均日产达900t以上,月产量均在2.5万t以上,不但以安全、高效、稳定的生产实现了企业预期的利润,也同时为深部大倾角作业中综采技术的应用积累了宝贵的经验,为今后复杂地质条件下矿井生产水平的进一步提高奠定了基础。下面对实际作业中遇到的问题及应引起注意的技术环节做一简要分析。

3.2 实践中应注意的问题

3.2.1 支架的梁端冒顶、滑倒问题及其对策

3372工作面的顶板为深灰色粉砂岩,泥质胶结,属于稳定性较差的复合顶板,加之工作面倾角大,一旦其支护工作发生失误,极易导致顶板掉顶、抽顶现象的出现,同时可能造成支架的蹬空、失稳甚至倾倒,对安全生产造成极其不利的影响,因此必须采用相关对策,强化顶板控制的效果。

实践中主要采用了移超前支架、分段停机移架、带压擦顶移架、以及工作面沿煤层顶板推进等方法进行顶板控制,并取得了良好的效果。此外,还应确保支架的初撑力达到24MPa～30MPa工艺要求,并保持工作面正规循环作业,在保证煤炭回收率达到规定要求的情况下,加快推进速度。针对顶煤松软破碎的问题,还应用煤体固化、水涨锚杆、木锚杆等技术加固煤壁,增加煤体的整体稳定性,保证生产作业的安全。在支架的防滑、防倒方面,应在每组液压支架顶梁上设侧倒千斤顶,特别是在液压支架顶梁上设防倒千斤顶,在其尾部设防滑千斤顶,拉架时须收紧防倒防滑千斤顶,撑开侧护千斤顶。为防止工作面出现歪架、倒架等现象,还必须规范并落实支架操作的工艺顺序,防止连接不实等问题造成的支架失稳。

3.2.2 设备的防滑处理

机械设备的下滑问题在大倾角工作面中十分常见,3372工作面平均倾角为41°(最高倾角为52°),因此生产中运输机、采煤机受重力影响存在较为明显的下滑趋势,而设备的下滑不但对其正常工作状态构成不利影响,也容易造成设备磨损的加剧。此外,设备下滑还可能牵动支架,从而导致煤顶抽冒等安全隐患。

实践中通过防滑千斤顶的作用,对运输机产生一个可靠的沿运输机向上的分力即防滑力,抵消运输机的下滑力,减少靠加大工作面与运输巷方位角的位移量抵消面溜子的下滑的工作量。在工作面割煤及推运输机时,还应把防滑千斤顶始终收紧。在初采时,使机头进尺大于机尾进尺(即机头超前于机尾),这样不但可使工作面形成坡度较缓的伪倾斜,也使工作面推采方向与走向形成一定的夹角(即调采工作面方位角)。在正常推进时,运输机每茬向上的位移量与运输机的下滑量相抵消,因此可以保证工作面实际推进方向与走向始终一致。生产中根据经验公式计算出工作面机头比机尾超前距离,再结合作业的实际情况,将仰角控制在7°左右。采煤机防滑方面,应保证对煤机防滑液压闸进行每日检修,并定期对其进行更换。根据工作面煤机齿轨尺寸加工制作煤机防滑销子,在煤机停机时及时把防滑销子插在齿轨上,防止煤机停机后煤机自身防滑失灵而导致的下滑。此外,在采煤机停机前先把煤机下方支架拉成超前架,也可以达到防滑的效果。

3.2.3 其他问题

生产中还发现了采煤机上行割煤行走困难,上滚筒甩出飞矸等问题。在双向割煤作业中,相对下行割煤牵引力随着倾角的增大而增大,导致牵引速度降低,上行割一刀煤比下行割煤多耗时1/3,而上滚筒割顶煤甩出的煤块也可能造成工作人员受伤等安全事故,因此必须采取相应对策进行处理。

为解决上行割煤耗时过长的问题,采煤机必须采取下行单向割煤,上行空刀返回,上端头斜切的进刀方式,以克服输送机的下滑分力,其工序包括:采煤机下行割煤—移架—采煤机空刀上行—自下而上顶前溜。而防止飞矸的措施包括:(1)在机道与行人道之间安设全封闭挡矸帘,上端固定在支架护帮板里侧顶梁上,下端放在溜子插帮上。(2)加高转载机机尾下帮挡板的高度,并正对前溜设置挡煤板,把正冲工作面运输机机头的转载机机尾部位与巷道顶板封严。(3)进行正常的生产检修时,必须在机道内设置两道防飞矸网,且两道网间间隔应≥5 m,人员进机道前必须进行敲帮问顶,设备检修期间必须由专人负责观察周围顶板煤壁。

参考文献

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