大倾角煤层综采工作面开采技术的研究与应用

大倾角煤层综采工作面开采技术的研究与应用目前，综合机械化采煤设备一般适用于煤层倾角小于15°的缓倾斜煤层条件。

随着煤炭开采的时间推移和开采强度的不断扩大，在全球范围内，可供综合机械化开采的煤层不断减少，大倾角综合机械化采煤作为综合机械化采煤技术的发展方向和目标，成为煤炭行业世界性研究的课题。

一些开采时间较长或地质条件较复杂的矿井，随着开采强度和年限的增加，满足常规综采开采条件的工作面储量逐渐减少甚至枯竭，遗留的块段、煤柱等储量中，大倾角复杂地质条件的较多。

研究在大倾角复杂地质条件下的安全高效综放开采技术，并使其取得良好的技术经济效果，对拓宽综采工艺的适用范围、发挥综放开采潜力，提高矿井机械化开采水平、经济效益和煤炭采出率有重要意义。

我国大倾角厚煤层储量丰富、分布面广。

大倾角煤层开采目前的发展水平远低于缓倾斜煤层，存在着一系列没有解决的基本技术难题，因而研究大倾角煤层的开采方法，既非常必要，又十分迫切。

我国对大倾角煤层的机械化和综合机械化开采的试验研究，具有代表性的有：辽宁沈阳矿务局红菱矿与煤炭科学研究总院北京开采所共同承担了国家“七五”重点科技攻关计划项目“大倾角煤层开采成套设备的研制”，研制了ZYS9600/14/32（QYS9600/14/30）型大倾角组合式液压支架和ZYJ3200/14/32G型大倾角液压支架，配合MG200-QW型大倾角采煤机，SGBQ-764/160Ｗ大倾角工作面输送机，在大倾角35°~55°的煤层中进行了工业性试验。

现将我矿综采工作面大倾角开采技术的研究与应用介绍如下：一、工作面概况1、工作面地质情况3604S3工作面东起井田边界三段切割上山，西止F7断层附近，该工作面为本采区首采面，因此，四邻均无采空区存在。

机巷底板标高为+91～+95m，回风巷底板标高+144～+170m。

该煤层为二迭纪龙潭组下段的K1煤层，煤层含硫量在3～3.5之间，发热量在6500～6800卡之间，属高硫高热值肥煤，该采区煤层以半亮及暗煤为主，断口呈金属光泽，煤层赋存稳定，局部有0.05～0.1m的夹矸，岩性为碳质泥岩。

工作面倾角起伏较大，在10°～30°左右，岩层在走向及倾向上均有波状起伏，煤层总体赋存倾角较大，能否成功实现大倾角工作面的成功开采将直接关系到我矿以后主采煤层工作面的布臵，乃至影响我矿的长远开采设计的规划与实施。

二、采煤方法及采煤工艺1、采煤方法工作面采用单一走向长臂后退式开采。

顶板管理方法全部垮落式管理顶板。

2、采煤工艺①落煤方式：使用MG200/468-WD型双滚筒采煤机落煤、装煤，配SGZ630/320型刮板运输机运煤。

采用综合机械化采煤，采煤机截深0.6m，工作面循环进度0.6 m。

采用ZQY3000-14/32型掩护式液压支架支护顶板。

施工顺序为：割煤→移架→移运输机。

②进度: 采煤机截深0.6 m，工作面循环进度1.2 m。

③采高:控制在2.3 m左右。

④进刀方式:在工作面两端自开切口，斜切进刀。

⑤移架方式:割煤后，先移架，后移运输机，顶板不好时，要超前带压移架。

⑥支架操作方式:本架操作。

三、实现大倾角成功开采的几个关键技术问题1、运输机的防滑由于工作面倾角较大，刮板输送机易下滑，使输送机机头和转载机不能正常搭接，直接影响工作面的正常生产。

2、工作面煤机的防滑由于工作面倾角大，再加上煤机重量大，怎样能成功实现工作面煤机的防滑将直接影响工作面的安全生产。

3、工作面支架的防倒、防滑由于工作面倾角大，工作面支架在移架时容易出现倒架。

特别是在工作面下端头支架如果没有可靠的牵拉装臵在移架时，极易出现倒架现象，给工作面的生产带来极大安全隐患。

4、工作面顶板的控制由于工作面倾角大，如果工作面顶板控制不好，比如遇到顶板破碎，出现掉顶情况时，会使支架蹬空、接不实顶板，极易造成支架失稳、倾倒，将会造成严重的生产事故。

5、工作面防飞矸由于工作面倾角大，工作面容易出现飞矸伤人事故，给工作面带来安全隐患，生产组织难度增大。

6、生产组织因工作面倾较大，用在倾角较小的工作面生产工艺已不能保证工作面的正常安全生产。

如果工作面生产组织不力，就不能保证工作面的安全开采，实现此大倾角工作面的成功开采。

四、主要对策及措施1、合理掌控工作面方位角，合理选择移溜方式，控制工作面运输机下滑由于工作面平均倾角为20°，最高达40°，且配臵的运输机为重型机械设备，受设备重力影响，工作面运输机存在非常明显的下滑趋势，对此技术人员经过研究和摸索，提出以下有效的解决方法。

工作面机头支架安装一台防滑千斤顶，千斤顶一端连在支架底座，另一端连在运输机槽与推拉杆连接处。

防滑链长8 m，横跨5节支架，使防滑千斤顶对运输机有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，减少了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，减少了工作面正常生产时下调支架的工作量。

另外，在工作面割煤及推运输机时，把防滑千斤顶始终收紧，防止运输机下滑，确保了工作面的高效生产。

2、调采工作面方位角，在工作面初采时，使机头进尺大于机尾进尺（即机头超前于机尾），这样不但使工作面形成伪倾斜（坡度变缓），而且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抵消了运输机的下滑量，所以可保证工作面实际推进方向与走向始终一致。

3、工作面煤机防滑由于工作面倾角大，在煤机使用过程中煤机自身防滑装臵磨损速度加快，故有专人每天对煤机防滑液压闸进行检查、维修，并定期对煤机防滑液压闸进行更换。

除此以外，还根据工作面煤机齿轨尺寸加工制作了煤机防滑销子，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煤机下滑。

另外，在采煤机停机前先把煤机下方支架拉成超前架，以防止煤机下滑。

4、工作面支架的防倒、防滑①液压支架安设可靠的防倒机构。

工作面每组液压支架顶梁上设有侧护千斤顶，特别是机头以上五组液压支架顶梁上设有防倒千斤顶，其尾部设有防滑千斤顶，在拉架时收紧防倒、防滑千斤顶，撑开侧护千斤顶，可实现支架防倒。

另外，工作面带压擦顶移架可以避免因工作面出现掉顶、抽顶使支架蹬空、接不实顶板，而造成支架失稳、倾倒现象。

②严格制定支架操作顺序。

为防止工作面出现歪架、倒架现象，我们制定出以下操作规范，并起到了很好的效果。

“移架操作六严禁”操作规范：严禁全面顺次由机头向机尾移架；严禁支架状态恶化程度扩大；严禁向下放支架；严禁支架错茬、咬架；严禁支架超高；严禁支架掩护梁下甩。

另外，在正常移架时支架底座必须及时下调，保证支架与煤层顶底板垂直。

在移动机头以上5组支架时要按顺序移架，即：先移3#，再移2#，再移1#，然后移动4#、5#，移架时必须把与所移支架相连的防倒、防滑千斤顶收紧。

5、工作面顶板的控制工作面顶板为泥岩，层状构造，稳定性较差，同时由于工作面倾角大，工作面顶板容易出现抽顶现象，所以如果顶板控制不好，出现掉顶、抽顶时，会使支架蹬空、接不实顶板，极易造成支架失稳、倾倒，就会严重影响工作面正常生产。

我们主要采取以下方式控制顶板，并取得了良好的效果：①移超前支架。

当工作面遇有地质构造，煤层顶板不稳定时，及时移超前支架，使支架前梁挤紧煤帮，端面距达到最小。

②分段停机移架。

因工作面倾角大，工作面割煤与移架工序不能同时进行，如果等煤机割完一刀后工作面再整体移架，机道空顶时间太长，对工作面顶板破坏程度大，容易出现掉顶、漏顶现象，为此我们采取工作面分段停机移架方式，每隔15～30 m停机移架；在工作面顶板破碎时，每3～5 m分段停机移架及时支护顶板。

③带压擦顶移架。

因工作面倾角较大，如果采用正常操作程序降架移架容易出现抽顶现象，因此我们采取带压擦顶移架方式进行移架操作。

移架时，先启动推拉千斤顶，再逐渐让支架立柱卸载，使顶梁与顶板保持一定的支撑阻力，带压前移。

这样顶板不会出现明显松动，可有效控制顶板。

④工作面沿煤层顶板推进。

在工作面煤层厚度变薄，需要割煤层顶底板时，进行割底板操作，不能进行挑顶作业。

⑤确保支架初撑力达到标准要求。

加强乳化泵站的检修力度，确保泵站供液输出压力不低于30MPa。

泵站司机对乳化液浓度的配比要达到3%～5%，使乳化液对支架液压系统的影响达到最优。

每班安排专人对支架进行二次补液，确保支架初撑力达到25～30 MPa。

加强支架维修力度，杜绝支架自动卸液现象。

⑥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。

6、工作面的防飞矸在不断摸索过程中，我们试过在机道内安设捕矸胶带，选用高度不低于3.0 m，宽度不低于1.0 m的编织网，每隔20 m吊挂一处。

上端用8#铁丝固定在支架护帮板里侧顶梁上，下端放在溜槽内，待机组距捕矸胶带5 m时把护帮板收回托起胶带，机组推过5 m后放下。

另外还调整胶带的悬挂角度，使捕矸胶带面稍微偏向于工作面煤壁，在工作面飞矸碰到胶带后会向煤壁方向偏斜，防止飞矸溅入人行道。

在人行道内安设挡矸网。

为避免在拉架时架间掉矸而发生的人行道滚矸伤人事故，我们在工作面人行道内每10节支架安装一个防飞矸网。

但是由于采用上述方法，对整个生产上会造成影响：采煤机采煤过程中，每次都得把安全防护网收起，采过后又得停止采煤机将其放下，增加了采煤工序和时间，且防护网有时遇到大的矸石或煤块时也无法阻挡。

经过不断的探索和研究，我们最后将部分工序和采煤方式进行修改。

即采煤机执行下行割煤，且采煤机在下行割煤时，在上下风巷进入工作面入口处设臵禁区，拉警戒牌，严禁人员进出工作面，在采煤机上方作业的必须与采煤机保持至少15米的距离。

对煤机检修区段的煤壁进行护帮操作，人员进机道前必须进行敲帮问顶，检修煤机期间必须由专人负责观察周围顶板煤壁。

另外，在煤机检修期间，煤机以上区段严禁有人进行移架、推溜的作业。

总结：3604S3工作面大倾角综采采煤工艺的实践成功，不但创造了高产高效工作面的多项记录，而且取得了显著的经济效益和社会效益。

一方面为我矿3604S3工作面大倾角、大采高乃至以后我矿接续的大倾角工作面的安全开采积累了宝贵经验，另一方面提升了矿井生产的科技含量，为特殊地质条件下机械化采煤工艺的推广开辟了新途径和新思路。