复杂地质条件下综放工作面双倾斜大倾角回采施工工艺实践

张 鹤

（晋煤集团长平公司，山西 晋城 048006）

1 概述

2017年3月，长平公司综采二队负责III4318工作面的回采作业。5月份，Ⅲ43183巷自切眼往外262m处开始上山倾角增大，最大坡度21度左右。长平公司综放工作面煤层第一次出现这么大的倾角，加之两顺槽高差20～40m不等，造成工作面倾斜，角度10度以上，且随着工作面推进，在超前应力作用下，巷道顶板下沉、底鼓量较大。持续上山回采，上覆煤岩层应力集中于老塘侧，老塘顶板下沉严重，造成采煤机割煤困难，拉架移溜困难。

通过充分理论论证，认为Ⅲ43183巷自切眼往外262m开始出现“复杂地质条件下综放工作面上山倾斜、工作面倾斜双倾斜大倾角回采施工”技术难题，需要在常规仰斜长壁采煤法的基础上立项解决长平公司以下前所未有的施工技术难题。通过理论分析、技术分析、适用性探索实践等手段，对双倾斜大倾角工作面伪斜调整、支架稳定性分析、采煤机倾斜割煤、推移支架和溜槽等过程中出现的技术难题进行研究，总结出合理可行的解决方案，并加以实践，取得了较好的效果，确保了工作面在复杂地质条件变化区段安全高效回采。

2 双倾斜大倾角工作面概况

Ⅲ4318工作面为三巷布置方式：Ⅲ43181巷供进风和运煤，III43183巷为供电、供液、供水、轨道运输及进风，Ⅲ43182巷供回风和运输。顺槽巷沿煤层顶板掘进，切眼沿煤层顶板掘进。工作面煤层走向长728.819m，倾向长192m，两顺槽实际高差最大达到40m，理论最大倾角12°左右。煤层井下标高由切眼附近452m到停采线附近528m，整体为上山回采。自切眼往外262m处开始上山倾角增大，最大坡度21°左右，形成工作面双倾斜大倾角复杂地质条件。III4318工作面由于煤层倾斜和工作面倾斜的特殊地质条件，使工作面的配套设备既受到煤层的倾向力，又受到工作面倾斜的倾向力，使工作面的设备失去稳定性。当煤层倾角大于17°，工作面倾角达到10°后，会出现：①采煤机在自重影响下，截煤时偏离煤壁减少截深。②输送机因采下的煤滚向溜槽下侧，易造成断链事故。③支架易滑易倒易挤架。④当煤层有夹矸层且较硬时，采煤机滚筒切割反弹力较大，使采煤机受振动和滚筒易“割飘”等等难题。

3 技术难题研究解决情况

3.1 III4318工作面的伪斜调整

为了对煤层倾角进行控制，根据工作面的实际倾斜程度，将工作面调整为伪斜。由于工作面倾向较长，通过计算：两顺槽实际高差最大达到40m时，理论最大倾角12°左右时不需调整伪斜即可正常开采。但实际现场支架严重不稳，输送机上窜下滑严重，将工作面调整为伪斜。多走机头，使机头超前机尾8～10m，前后工作面的溜子机头与转载机始终保持0.5～0.6m的搭接量，有效解决工作面液压支架和输送机下滑的问题。

3.2 支架稳定性受力分析与控制措施：

（1）支架受力分析

当支架重力G和顶板压力W的分力作用线超过底座宽度边沿时，就产生倾倒。此倒转力矩MX为：

式中：B—支架底座宽度，m；H—支架重心高度，m；H0—W力作用点的高度，实际上可视为支架的高度，m。

从上式可以看出支架倾倒力矩MX的大小与工作面采高、支架结构（支架重心高度和底宽）、顶板压力的作用高度和大小有关。

通过以上理论分析可知，在双倾斜大倾角上山回采时，其影响支架稳定性的因素有：①工作面回采倾角越小，稳定性越好；②顶、底板与支架摩擦阻力越大，支架稳定性越好；③支架初撑力越大，稳定性越好；④工作面采高越低支架重心越矮，支架稳定性越好；⑤回采进度越快，支架受顶板压力越小，支架稳定性越好。

（2）回采期间稳架的安全技术措施

①严格按伪斜管理，防止溜子上窜下滑；②严格控制采高，防止支架超高，保证支架接顶严密并有足够的初撑力；③加强工程质量管理，保持运输机平直，支架按步距推移，保证支架成一条直线；④移架时带压擦顶，先升前立柱，再升后立柱，支架前顶梁与顶板呈面接触，不出现线接触，确保支架的稳定性；⑤为增加支架在推移时的摩擦力，及时清理支架周围包括后溜的浮煤；⑥对机头第一架采取防倒措施，使之站正不倒，给工作面中间支架提供稳定的支点。如有倾倒迹象及时使用防倒装置进行扶架，避免支架倾倒。⑦及时追机拉架，以防顶板冒落；如拉架中顶板破碎或片帮严重时，及时拉超前架并打出前插板、护帮板。

3.3 防止工作面刮板输送机、采煤机倾倒下滑方案

①伪斜量不能过大，以防输送机上窜，使刮板输送机欠搭接，拉回头煤涨死刮板输送机，造成断链；②移运输机前使用专用大链逐段吊起运输机溜槽，在溜槽下垫入专用木楔，使输送机靠采空区侧一端抬高，将合适厚度的道木垫在输送机下，使输送机倾斜度减小，同时调整采煤机煤壁侧和采空区侧的滑靴厚度，降低采煤机的向后倾斜角度；③防止刮板输送机向采空区侧滑动造成进刀不够，每次移输送机后间隔 5架支架推移千斤顶打至推位；④在工作面溜子推完之后，把所有防滑千斤顶的链条统一缩短一定距离后再全部打在收的位置，使溜子整体上移，以防止溜子下滑；⑤输送机的推移要从工作面下端开始，在推移时，要在机头与支架底座用单体液压支柱稳架；⑥推移转载机由跟班干部或班长统一指挥，端头维护工负责操作，其他人负责配合，防止出现顶断哑铃或其他情况出现；⑦溜子的机头、机尾在推移时是关键，可通过在端头架与溜子减速器大架之间打设单体柱配合顶溜，单体柱柱头、柱底受力点要根据现场溜子与支架相对情况而定。

3.4 保证超前及端头支护稳定性的施工方案

为加强超前支护强度，保证端头及超前支护的稳定性，给工作面回采创造优越的条件，所有单体支柱底座必须预刨柱窝，并按根据坡度规定的迎山角度支设，支柱都要迎山有力。加强支柱防滑、防倒管理，柱间使用硬连接，柱帽上焊接螺丝帽与单体柱用链条连接，并与顶板上的金属网片连接牢固。

4 结 语

Ⅲ4318工作面复杂地质条件下双倾斜大倾角上山回采，最大坡度21度左右，具有创新突破的意义。在回采过程中，通过对液压支架，采煤机和溜子所出现的种种问题进行调整和处理，采取可行的措施，有效解决了回采过程中的设备不能正常运行导致无法正常回采的难题。实现了特殊地段工作面倾斜上山仰斜时的快速高效回采，为类似条件的工作面合理安全回采提供了可靠的技术依据和借鉴价值。