倾斜煤层大采高综采工作面开采技术实践研究

马洪岩 徐卫东

(徐矿集团张双楼煤矿，江苏 徐州 221616)

在我国现有煤炭产量和储量中，厚煤层产量占原煤总产量的45%左右，厚煤层开采指的是井工开采煤层厚度3.5m以上，露天开采煤层厚度10m以上的煤层，是我国高产高效开采的主力煤层。针对我国厚煤层的特点，随着采煤工艺的发展，先后发展出了分层开采、放顶煤开采和大采高综采三种采煤方法[1]。目前，三种开采方法各具特色，在我国的矿山中都有应用。徐矿集团张双楼煤矿煤层平均厚度4m，其突出的特点是各个工作面的倾角比较大，且矿井水涌出量大。9307大采高综采工作面，在平均倾角30°的条件下，通过技术探索与开采实践，有效的解决了回采过程中存在的支架下滑、支架倾倒、顶板冒落、煤壁片帮严重等技术问题，创下了张双楼煤矿月产最高水平，具备了月产135kt的生产能力。

1 9307综采工作面地质概况

9307工作面位于-500水平东二采区，工作面标高-468.1m～-548.2m，地面标高+36.88m。 9307 工作面地层倾角为 6°～33°，平均30°，煤层厚度2.2m～4.1m，平均厚度4m。工作面中部煤层中发育一伪顶泥岩区，区内伪顶泥岩厚度0～3.0m；直接顶为细砂岩，厚22.6m；直接底为泥岩，厚2.6m。煤层直接顶板细砂岩裂隙发育一般，富水性弱。回采过程中上覆老峒及上部采空区内动水将入工作面。工作面中西部面内有105钻孔，终孔于7煤底板，终孔标高-469.1m，封孔良好。回采时最大涌水量100m3／h，正常涌水量80m3／h。相对瓦斯涌出量 0.08m3/t，属低瓦斯，煤尘爆炸指数35.06，有爆炸危险，属Ⅱ级自燃发火煤层。

2 9307综采工作面回采工艺及主要设备

回采工艺：

根据采区和工作面设计以及煤层的赋存条件，该面采用走向长臂大采高综合机械化一次采全高后退采煤法，全部垮落法处理采空区顶板，选用国产无链牵引MG600/1385-WD型采煤机单向割煤，端部斜切进刀，截深0.8m，滚筒直径2m。工作面采用一台SGZ1000/1050型刮板输送机，运输巷采用一台SZZ1000/400型转载机，配备一套PLM3000轮式破碎机，铺设四部胶带输送机运煤。

工作面选用67架ZY6800/20/42支持掩护型液压支架支护顶板，移架采用追机作业，分段依次顺序移架。上下端头支护均采用锚网梁支护。工作面上、下两巷自出口向外超高段使用HDJB-1000型金属铰接顶梁，DZ型系列单体液压支柱做腿，配合半圆木扶双排一梁一柱走向棚的超前支护，扶双排走向棚的超前支护。

3 大采高综采工作面存在的问题

根据国内倾斜厚煤层大采高综采工作面开采经验以及徐矿集团张双楼煤矿9307工作面的实际情况，该工艺主要存在以下几个面的问题：

3.1 工作面片帮，架前漏顶

大倾角大采高工作面在遇有来压或构造时，极易出现煤壁大面积片帮，片帮后端面距加大，顶板失去煤壁支撑，常造成冒顶事故。9307工作面上部比中部、下部易片帮；煤层增厚、坡度增大处易片帮；正断层交面处易片帮、工作面来压期间易片帮。因此必须及时采取有效措施，防止事故的发生。

3.2 “三滑一倒”问题

“三滑一倒”问题即工作面的支架、采煤机及刮板输送机的下滑和支架的倾倒。

3.2.1 工作面输送机下滑

大采高综采工作面的装备重量大，工作面倾角较大，工作面输送机在回采工程中本身自重有下滑趋势，加上原煤向下运输、采煤机割煤时产生的阻力和采煤机牵引运行的综合作用下，会使工作面输送机在推移过程中产生向下滑移，进而带动液压支架下滑，从而影响生产。

3.2.2 采煤机下滑

因为每层倾角过大，采煤机因为重力分量的作用而产生下滑。

3.2.3 支架的下滑倾倒[2-4]

工作面输送机的下滑往往会牵动液压支架的下滑；另外由于煤层倾角的增大，液压支架在合力力矩的作用下发生旋转而倾倒的可能性急剧增加；现场支架工人操作不当，特别是排头支架和支架尾部的操作，而造成的支架下滑倾倒，支架倒滑后，不能有效支护顶板，严重时影响工作面生产。

4 工作面主要技术安全措施[5]

4.1 支架的防倒、防滑

对于倾斜煤层大采高综采工作面，存在的主要问题是工作面大采高液压支架的防倒防滑，根据国内倾斜煤层综采工作面开采经验，从工作面布置、安设防倒防滑装置等方面开展工作：

(1)工作面伪倾斜开采。为防止工作面刮板输送机上窜下滑，工作面按伪斜推进，机头超前机尾一定距离。根据张双楼煤矿开采实践，当煤层倾角≥25°时，要求运输巷与切眼夹角成94°布置，即下端头超前10m。调面时移架、推刮板输送机工作应协调及时，移架、推刮板输送机后应保证 “三直一平”，切实做到工作面“七条线”要求。

(2)工作面液压支架安装防倒、防滑千斤顶及活动侧护板，防倒、防滑千斤顶采用下端头3个支架连锁，这类装置是利用支架上装设的防倒、防滑千斤顶，在移架时产生一定的推力，以防止支架倾倒、歪扭，并能进行架间调整。有效地控制了支架的迎山度和支架下滑。另外，在掩护支架上装设的可活动侧护板，除了用于架间防矸外，也具有一定的防倒、调架作用。

4.2 打密集支柱及挂网

在工作面下出口正对工作面1050刮板输送机头处，紧靠转载机的下帮打一排单体密集，共6棵，间距0.5m；密集支柱垂直顶底板，初撑力不低于11.5MPa，支柱必须穿铁鞋，支柱与顶板之间垫板皮；每次拉完机头，必须重新打好密集支柱并挂好双层金属网，否则严禁运行工作面刮板输送机；密集、挂网时，工作面上刮板输送机、转载机、煤机停电闭锁。金属网参数为5.0m×1.2m，紧贴密集上帮吊挂。

4.3 安设挡矸帘

挡矸帘采用液压挡矸帘，工作面大倾角范围安装液压挡矸帘，每道不超过15架，挡矸帘下边距离工作面刮板输送机上面不得超过300mm。煤机通过时打开挡矸帘，通过后立即放下挡矸帘，滞后不得超过5架。挡矸帘损坏后立即更换，工作面备用挡矸帘不得少于2副。

4.4 工作面防滚煤矸

煤矸在刮板输送机里飞滚时，闭锁1050刮板输送机；板输送机上方间隔15架设一液压挡矸帘；在两立柱上安装特制金属档矸网；人员走人行道，严禁闲杂人员在支架立柱前方行走或停留；工作面作业点上方5m处支架下设置一道挡矸坝，挡矸坝是两根半圆木倾向平行放置，再横亘两根半圆木，半圆木上铺金属网，半圆木与半圆木间、金属网与半圆木间均用8#黑铁丝系牢捆扎好而成；人员在工作面内工作时，时刻注意工作面煤帮、顶板和工作地点上方情况。

4.5 防止片帮控制顶板

由于本工作面极易发生煤壁片帮，首先从管理上加强工作面工程质量管理，严格控制工作面采高，杜绝支架超高使用，确保支架处于良好状态；发生片帮后，若端面距大于0.34m，及时移超前架；若移完超前架后，端面距仍大于0.34m，且不超过1.0m时，采取用厚120mm的半圆木搭接在支架前梁上挑起护顶的措施，半圆木前端抵住煤帮，与支架搭接长度不少于0.3m，在煤壁侧半圆木的下方打上单体支柱；若移完超前架后，半圆木护顶失效时或端面距大于1.0m时，则采取过顶做超前档措施。过顶做超前档方法：用直径180mm以上圆木做梁，扶走向棚，圆木搭在支架前梁上，搭接长度不少于0.3m，一架两棚，一梁两柱，柱子选用DZ系列单体及穿铁鞋，拴好防倒绳，梁上用板皮或半圆木接实背严；顶从顶、帮稳定的地点拉茬，自上而下进行。清理好退路，确认顶板稳定安全可靠，方可上梁接顶。过顶期间人员进入煤壁区作业，工作面刮板输送机、煤机必须停电闭锁，工作面严禁操作支架，任何与过顶无关的人员不得进入煤壁区。

5 应用效果

通过对大采高综采工作面存在问题的分析，结合9307工作面实际情况，采取了支架防倒防滑措施、打密集支柱及挂网、安设挡矸帘、工作面防煤滚矸、防片帮控顶等措施有效的提高了工作面的安全系数，避免了顶板事故的发生，实现了安全生产。9307工作面采用大采高综采以后，日产量高达4kt以上，平均月产可达120kt，与9419综采放顶煤工作面相比，实现了倾斜厚煤层开采的高产高效。

[1]孟宪锐,王鸿鹏,刘朝晖,等.我国厚煤层开采方法的选择原则与发展现状[J].煤炭科学技术,2009,01:39-44.

[2]贾维志,徐伟.大倾角大采高综采工作面高产高效实践[J].安徽建筑工业学院学报:自然科学版,2010,18(03):34-37.

[3]王国法.大采高技术与大采高液压支架的开发研究[J].煤矿开采,2009,14(1):1-4.

[4]宁桂峰,曾明胜.大倾角大采高液压支架设计研究[J].煤矿开采,2011,16(4):71-73.

[5]何天宝.倾斜煤层大采高综采工作面开采技术[J].煤矿开采,2011,16(6):30-32.