采矿工程中大采高综采相关技术参数确定研究

何祖传

摘 要：本文以采矿工程中大采高综采相关技术参数的确定以及存在的问题为研究对象，论文首先探讨了合理采高的确定，工作面长度和推进度的解决方案，而后分析了当前大采高综采中存在的问题及解决措施，最后笔者总结了大采高综采技术的发展思路。全文是笔者从工作实践出发进行的理论探讨，因而各种技术理论的探讨都最终能落到实践中，相信本文的研究对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：大采高综采 煤炭 支架

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（b）-0074-02

我国缓倾斜厚煤层煤炭产量占总产量的40%以上，很多矿区赋存有3.5～5.0 m厚的煤层且均为主采煤层。大采高综采是对3.5～5.0 m厚的煤层一次采全高。对于煤层倾角小于30°的煤炭含矸率低、瓦斯涌出量小等优点；与采高小于3.5 m的分层综采相比，具有采面生产能力大和巷道布置简化、回采工效和煤炭资源回收率高、设备搬家倒面次数少和节约假顶材料等优点。因此，大采高综采是3.5～5.0 m厚煤层综采的主要发展方向之一。

1978年，我国首次从德国引进了G320-20/37型、G320-23/45型等型号的大采高液压支架及相应的采煤运输设备，与此同时我国也开始研制大采高液压支架和采煤机。1984年西山矿务局官地18202工作面的8#煤层使用我国自行研制的第一套大采高综采设备BC520-52/47型支撑掩护式支架、MXA-300/4.5无链牵引采煤机，进行了大采高一次采全厚综采的工业性试验，并通过了鉴定。1986年邢台矿务局东庞矿使用BYA329-23/45型国产掩护式液压支架及与其相配套的大采高综采设备，在2702工作面进行了工业性试验并取得了成功，以后又相继在其他几个回采工作面试用。在以上试验的基础上，东庞煤矿与北京煤机厂合作，进一步研制了最大采高达5.0 m的BY3600-25/50型大采高液压支架，并于1998年8～10月在该矿2101工作面进行了试验，获得了较好的效果。经过十多年的努力，现已取得明显的进展。

我国已进行试验的部分大采高一次采全厚综采工作面的煤层赋存特征及所使用的液压支架的主要技术特征。

1 合理采高的确定

国内外对于厚煤层一次采全厚综采的合理采高进行了大量研究，认为采高并非愈大愈好，采高大小必须与煤层地质条件、目前的综采设备技术水平及采煤工艺各环节的配套能力相适应。对于目前我国的具体条件来说，综采工作面的采高存在着一个合理的取值范围。实践证明，当加大工作面的采高时，工作面顶板压力随之增大，煤壁前方支承应力集中程度亦随之增大，从而加剧工作面煤壁片帮和冒顶。相似材料模拟试验的结果表明：采高越大，工作面开采后上覆岩层运动范围也越大。当采高大于5.5 m后，上覆岩层折断的厚度将超过100 m，岩梁的折断步距、折断岩梁运动的自由空间均较大，此时工作面支架将承受岩梁大规模运动引起的动载荷和较大的偏心载荷，从而影响到支架的稳定性及使支架围岩关系恶化，增加许多困难因素：

（1）设备进一步趋向于大型化，复杂化，维护梁和管理难度进一步增加；（2）设备机动性变差，对变化的工作面地质条件适应性低；（3）推进度降低，顶板管理更加困难；（4）煤壁片帮加剧，工作面冒顶的机会增加。定性的说，从综采最低可采高度到最佳采高，产量与采高成正比；从最佳高度到最大采高，产量与采高成反比。据统计，采高3.0～3.5 m是单产最高。采高从3 m左右提高到4.5～5.0 m，几乎等于从最佳采高提高到综采一次采全高的合理可采极限（放顶煤另当别论）。所以，设计采高以小于5.5 m为好。另外，通过实测片帮深度c与采高h之间的回归分析得到两者的定量关系式（c=21.381 nh=17.97，r=0.72，c为片帮深度，cm；h为采高，m）并据此对比分析知，当采高h=3.3～3.85 m时，片帮深度c随采高h增大而增大，h大于3.85 m后片帮深度变化不大。而7趋于稳定，故确定合理采高应大于3.85 m。因此，设计采高应处于3.85～5.5 m之间。

2 工作面长度及推进度

工作面的产量和效率是随着工作面长度的增加而提高。加大工作面长度不仅减少了准备和回采的工程量，而且也相对减少了端头、进刀等辅助作业时间，保证工作面高产高效；而提高工作面推进度，尽量减少搬家倒面次数，为工作面连续稳产高产创造了条件。我国煤矿高产高效综采技术发展趋势：为提高工作面单产，减少搬家次数，有条件的矿井要适当加长工作面长度和采区走向长度。工作面长度应达到200 m，部分条件好的矿井工作面长度可随着工作面输送机铺设长度的增加，逐步达到250～300 m。但工作面长度和推进长度并非越长越好。随着工作面长度的加长，推进度减少，循环率降低，输送机的链条重量也增大，降低了动力效率，故障也会增多；而推进长度的增加，导致运输、巷道维护、通风等费用增加，吨煤成本提高。为此，在确定工作面参数时本着技术上可行，经济上合理的原则，借助计算机进行优化分析，优化结果工作面长度在230～270 m，年推进长度2400左右比较优越。

3 存在问题

3.1 煤壁片帮甚至架前漏顶

3.1.1煤壁片帮的影响因素

（1）煤层节理裂隙等弱面分布及地质破碎带。当总裁工作面推至断层影响带和煤岩松软带时，经常会发生煤壁片帮，因工作面采高大，煤壁对地质构造特别敏感，如遇落差较大的斜交断层，会诱发大面积片帮。特别是倾斜断层危害更大。（2）煤壁处的支承压力。当受上部煤层的煤柱影响和在老顶来压期间都能引起支撑压力增高，进而煤壁片帮成为松塌区，支撑压力载荷向深部转移，支承压力越高，松塌区越宽。（3）综采工作面管理及操作。如支架初撑力和工作阻力过低或采高过大，使支架不能有效接顶；移架不及时，或移架时降柱过多；为发挥护帮作用；工作面工程质量差，支架挤、倒，或间距过大，移不动仍盲目降柱；设备事故频繁，工作面推进过慢，则顶板压力对工作面煤壁作用时间充分，最终导致片帮。（4）此外老顶来压、工作面推进方向、仰俯斜角度、煤壁暴露时间、顶梁接顶程度都对工作面片帮有很大影响。上述因素的交织作用，常导致片帮引起冒顶，片冒交替，形成较为困难的顶板管理局面。endprint

3.1.2 防治煤壁片帮的措施

煤壁片帮及由此引起的冒顶的治理，可以从机械装置及采矿技术两方面采取措施。

（1）改进顶梁端部结构，加装防片帮板。据统计，大采高工作面煤壁片帮程度与是否采用支架护帮板有关。使用护帮板并靠近煤壁时煤壁片帮会减少；没有护帮板支护下的片帮几率约为有支护的3倍。因此要提高护帮板的使用率，在机组割煤移架后，立即打开护帮板护帮。在机组割煤前，提前于采煤机1～2架才将护帮板收起，使工作面煤壁始终在扩帮板支撑下。为了在片帮一发生情况下护帮板仍能支撑柱煤壁，就要改进两端结构，要将护帮装置安设在伸缩梁以至具有二级护帮装置。（2）提高支架的实际初撑力和工作阻力。尽可能提高泵站的供液压力或选择高压泵站32～35MPa的供液系统，安设压力指示器，正确操作移架后升柱；采用初撑力保持阀提高实际初撑力。（3）工作面通过煤岩破碎带或老顶来压时加固煤壁，提高其整体强度。如煤壁成大块状片落，有一定的自稳能力时，可用木锚杆锚固煤壁；当煤岩都很破碎、松软时，应考虑用化学方法加固煤岩。（4）改进回采工艺和操作技术。采用及时移架结构（先拉架后推输送机）的方法，使支架顶梁顶住煤壁，采煤机只采底刀，如留有粘顶煤，可利用支架顶梁铲落；工作面出现局部的片帮和大采高支架歪倒、陷底、挤架等现象，应及时调整。（5）在设计工作面适应避开上覆煤层遗留煤柱对工作面造成集中压力；工作面推进方向上煤层注节理应倾向煤壁；工作面应处于俯斜开采，避免仰斜开采。（6）应注意两端支护技术及三机配套。

3.2 大采高支架的防倒和防滑

我国大采高综采面液压支架稳定性事故率平均高达6%～10%以上，远比采高小于3.5 m的综采面严重，并已制约了大采高综采高产高效潜力的发挥及其推广。可见，大采高液压支架倾倒问题已成为生产实践中迫切需要研究解决的技术难题。采高与支架重心高度是支架倾倒的重要影响因素，而它们的影响程度与底板的倾角直接相关，倾角在10度以内时，5～5.5m采高的倾倒是容易控制的。当倾角在5度以内时，6 m采高的倾倒也是能够控制的。从重心高度对倾倒的影响来考虑，采高4 m支架重心不超过1.8 m，采高5 m时，支架重心不超过2.2 m，采高6 m时，支架重心不超过2.5 m。

（1）大采高排头支架的防倒在工作面推进过程中，下端头排头支架的第一架下侧护板始终紧贴运输巷上帮肩窝，作为支架工作状态的控制标志。排头四架安装防倒千斤顶，使支架顶梁两两相连，千斤顶安装在支架的顶梁上。（2）回采过程中的控制措施采用带压擦顶移架，以防止咬架和纵向倾倒。严格控制好排头架的位置及迎山角，即迎山角始终保持在3～5度的范围内，支架调斜角始终控制在5度以内。掌握好工作面推进时的伪斜角，正常情况下伪倾角（即工作面煤壁与下运输道的夹角）控制在95度左右。（3）移架顺序：移架顺序对支架的倾倒有明显的影响，由上而下移架明显优于由下而上移架，为此，在倾角大的条件下在工艺上可考虑成组移架，组间由下而上，组内由上而下，从而改善支架的稳定性。

4 结语

（1）大采高综采技术的突出难点在于采面开采高度大、机械设备重型化，导致支架-围岩系统控制和综采设备配套问题成为采矿难题之一。（2）加强综合地质水文勘探与顶板矿压测定。（3）矿工作者应十分重视大采高带来的顶板运动和液压支架工作阻力的变化，专门深入的研究大采高综采面液压支架稳定性问题。（4）液压支架是综采工作面主要设备之一，应向两柱式掩护式液压支架方向发展，液压支架技术另一重大突破是控制系统，应用电液控制技术。（5）支架液压信息采集与液压系统故障检测、支架-围岩保障系统及综采装备技术改造是保障大采高综采面高产高效开采的关键技术。

参考文献

[1] 郭保华，李培，雷清泉.浅谈我国大采高综采技术[J].矿业安全与环保，2003（6）.

[2] 郭保华，涂敏.浅谈我国大采高综采技术[J].中国矿业，2003（10）.

[3] 邓建设，吴风刚，吕修明，等.大倾角大采高综采技术[J].煤矿开采，1998（4）.endprint