大倾角综采放顶煤开采技术研究

[摘 要]本文所述矿井是一个开采五十多年的衰老矿井，储量枯竭，延缓矿井衰老是当务之急，目前矿井的煤炭储量集中在工业广场煤柱和十盘区。由于十盘区的掘进工程量大，衔接十分困难，为保持矿井生产的连续性和稳定性，公司领导班子决定在外52904底层采空区和F20断层（H=20.0m）中间布置一个大煤外52905回采工作面进行开采，较好地完成了大倾角厚煤层综采放顶煤工艺技术研究，实现了综采放顶煤工艺技术在特殊地质条件下的应用。

[关键词]工作面；大倾角；采煤技术；应用

中图分类号：TP85 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0049-01

1 立题依据

从外52905工作面的掘进准备过程中，不断探明的煤层地质构造来看，工作面煤岩层倾角一般为25～29°，从外52904顶层工作面掘进过程中收集的地质资料来看，外52904顶层工作面溜子道煤岩层倾角一般为25～53°，而我公司自采用放顶煤工艺技术以来，开采最大倾角的工作面（东风井大煤1#工作面）倾角范围在42°左右，煤岩层倾角在53°左右的工作面即使在集团公司也很少见。这样为我们提出了综采放顶煤工艺开采技术大倾角开采的问题。

大倾角厚煤层综采放顶煤工艺需要解决的技术难题：一是工作面设备即刮板输送机、采煤机、液压支架的防倒防滑；二是采煤工艺改进问题。安全难题是生产过程中工作面滚落的碴（煤）块伤人。

2 工作面基本情况

2.1 工作面地质条件

该工作面位于九盘区内，西北至52904采空区，东北临F20断层，西南近三水平井底车场煤柱保护线。工作面西北部、东北部大煤已采，其它地区均未采。工作面地面标高+190.8～+194.1，工作面标高-349.1～-279.8。该工作面基本呈一走向NE，倾向SE的单斜构造，受F20及F20断层（F20断层落差H=20.0m，F20断层落差H=12.0m）影响，煤岩倾角25～53°，平均30°。工作面走向长度429m，倾斜长度85m，煤层厚度3.5～5.6m，平均煤厚4.8m，可采储量27.8万吨。受F20断层影响工作面推至一定距离后工作面结束重新掘配运料道和切眼，布置新工作面将F20断层甩掉进行生产。

2.2 工作面布置

运料道由原九盘区野青煤柱运料石门经8点前20m开口，开口方位为80°42′，平掘70m后摸至大煤底板后，摸大煤底板前进约13m，到达预计拐线位置，拐线方位为30°16′，拐线后按+0°坡度施工约34m后，定+19°坡度，预计约19m后摸至大煤底板，预计摸底前进约140m，见52904顶层采空区网，然后摸顶网前进，达到预计切眼位置后停掘。

配运料道从运料道拐线处，继续按原运料道方位掘进，即方位为80°42′，摸底前进，配运料道拐线掘进120m后，每掘进10m探上帮断层一次，如果断层存在，则继续掘进，如果断层尖灭，则停头。

溜子道由三水平轨道-310片口经3点后6m处开口，开口方位77°01′，平掘约60m后摸至大煤底板，摸大煤底板后拐线掘溜子道，方位为40°39′，掘进约394m后，预计见f20断层后拐线，拐线方位0°23′，掘进约136m后（与f20断层净煤柱5m）达到预计切眼位置，拐线掘切眼，方位为269°37′，与运料道贯通。

3 工作面设备选型及防倒防滑主要技术管理

3.1 采煤机选型及其主要技術指标

3.1.1 采煤机选型

MG170/410-WD型交流电牵引采煤机是采用多电机驱动、横向布置，用以开采中厚较薄煤层的交流变频调整无链电牵引采煤机，总装机功率：411kW。适用于采高1.3～3.0m，倾角≤35°，煤质硬度≤4的工作面，故决定采用该型采煤机。

3.1.2 采煤机防滑技术管理

大倾角开采时，采煤机遇到的问题是上行时牵引力能否满足要求，下行时采煤机由自重力引起自动下滑飞车。针对上述问题，在设备选型上采用符合开采煤层条件的MG170/410-WD采煤机，采煤机的采高范围1.3～3.0m，适应倾角≤35°，煤层硬度f≤4。

在技术管理上采取了单向割煤即下行割煤，上行空刀的采煤工艺。其目的下行割煤，利用煤壁阻挡采煤机下滑，空刀上行及时移溜，一是空刀上行可以减小采煤机上行牵引负荷，二是移溜后利用煤壁阻挡采煤机下滑。

3.2 液压支架选型及其主要技术指标

3.2.1 液压支架选型

根据外52905工作面顶板状况和三机配套，选用ZF3200/16/24B型综放支架。

3.2.2 液压支架的技术管理

在大倾角工作面条件下，液压支架在保持足够的支撑力或顶板有足够的压力情况下，支架可自行稳定，但是在移架过程中，支架必然降架，此时支架在自重力作用下造成局部下滑、歪扭，从而造成支架挤架、咬架、倒架和下滑，无法实现安全生产。为防止支架事故的发生，对工作面支架防倒防滑采取如下技术措施：

支架防倒方面：一是在工作面支架上每隔8个支架安装防倒装置；二是在工作面下端头1#下方紧贴支架支设一梁三柱戗棚作为导向梁，防止拉1#架时下滑和倾倒，拉架时采用从工作面下端头向工作面上端头依次带压擦顶拉架，充分利用下方架来阻止支架倾倒。

支架防滑方面：生产过程中工作面下机头超前上机尾10m左右，工作面与溜子道成93～95度左右的钝角，也就是说综放支架向上有3～5度的夹角，再配合从工作面下端头向工作面上端头依次拉架，拉架的方向是向上的，在工作面生产过程中根据现场情况适当调整超前米数保证工作面支架不滑；工作面倾角大的地段移架过程中为防止支架后尾梁下滑，需用单体支柱进行调架，利用相邻两个支架已拉支架和未拉支架的错差，将单体支架分别顶在两个支架的后柱上，随拉随调；有效的达到了防止工作面支架下滑的目的。

3.3 刮板输送机选型及其主要技术指标

3.3.1 刮板输送机选型

根据工作面实际生产能力，决定选用张家口煤矿机械厂生产的SGZ-630/220型刮板输送机，此机型采用前卸式、中间槽封底、中双链、双电机双机头驱动布置，可以和MG170/410-WD型电牵引采煤机方便实现三机配套。

3.3.2 刮板输送机的技术管理

刮板输送机推移时，在自重力作用下整体下滑，防止下滑方法有两种：一是工艺防滑，机头调采超前机尾。二是机械防滑，采用机械装置拉、顶溜子，防止溜子下滑。

（1）工艺防滑：一是工作面采用单向割煤，单向移溜。割煤时从上向下割向上跑空刀，减少了采煤机向上割煤的负荷和采煤机对溜子向下的推力，移溜时从下向上移溜避免了溜子从上向下顶时对溜子向下的推力。二是机头调采超前机尾。生产过程中机头超前机尾10m左右，工作面与溜子道成93～95度左右的钝角，也就是说工作面刮板输送机向上有3～5度的夹角，再配合从工作面下端头向工作面上端头依次向煤壁移刮板输送机，移溜的方向是向上的，同时在工作面生产过程中根据现场情况适当调整超前米数保证工作面溜子不滑。

（2）机械防滑：利用支架配合防滑装置拉紧工作面输送机，即在工作面支架和溜子上每隔8个支架安装防滑装置起到对刮板输送机一个向上的拉力，防止溜子下滑。防滑装置保持拉紧状态，推溜时松开对应的防滑装置，其余时间保持拉紧状态，这样利用防滑裝置的拉力，起到了防滑的作用。

3.4 工作面防滚碴（煤）块伤人的主要技术措施：

一是在工作面支架上吊挂挡煤、碴装置，二是割煤过程中采煤机下方严禁有人，采煤机司机站在支架架箱内利用采煤机遥控进行割煤，拉架和放煤过程中所拉（放煤）支架下方严禁有人，三是为防止煤（碴）块伤到工作面刮板输送机司机，司机必须闪开刮板输送机机头2m左右，并用大芭或皮带进行挡煤（碴）块，同是刮板输送机司机往里溜子道严禁有人。

4 小结

本项研究工作实现了煤层倾角53度条件下综采放项煤工作面的安全回采，为大倾角煤层综采放顶煤开采提供了技术保障，提高了类似条件下的煤炭回收率，社会经济效益巨大，推广前景广阔。外52905工作面的开采在某种程度上缓解了因矿井生产地区萎缩带来的生产地区接替紧张，稳定了矿井产量，具有较高推广价值。

作者简介

吴存鹏（1983年9月～），河北邯郸人，安全助理工程师从事煤矿生产安全管理工作。