煤矿大倾角采煤方法

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一般煤层形成初期呈水 平状态，以后经历地质构 造变动才成为大倾角煤层。 因此，大倾角煤层及其围 岩常伴有较多的褶皱和断 层、节理裂隙发育；煤层 倾角和厚度变化大。
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随着煤层倾角增大，上覆岩层重力沿层面 （切向）的分量增大，沿垂直层面（法向） 的分量减小。因此，支架易下滑或倾倒，安 全隐患大。不仅顶板冒落，而且底板也滑移； 采落的煤炭、垮落的矸石以及工作面内其它 未固定的物体均可沿底板滑滚，这虽然有利 于工作面的运煤和矸石向下充填，但必须采 取措施防止滑滚物体伤人、砸坏设备和冲倒 支架。因垂直层面的作用力减小，在顶板岩 性相同的条件下，大倾角煤层工作面顶板作 用于支架的载荷比缓斜煤层要小。
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（3）输送机 大倾角煤层综采工作面刮板输送机主 要作为采煤机的轨道，又是支架前移和抑 制下滑的基点，同时限制割（放）下的煤 自溜。因此，要选配高强度的双边链刮板 输送机，溜槽为铸焊型，销轨及其连接座 均为加强型，与推溜杆连接的双耳的强度 也要提高。为了克服双边链磨损严重且不 便换链，王家山煤矿采用链条靠近溜槽帮 的准边双的刮板输送机，收到了良好效果。
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长期以来，大倾角煤层因地质条件复杂多变， 开采条件差，机械化程度低，严重制约着此类 煤层产量和效益的提高。随着较容易开采的 35°以下煤层综采设备和工艺的日趋完善，加 之35°以下煤层资源量的减少，综合机械化开 采技术逐步向较难开采的大倾角煤层拓展。无 链牵引、电机横向布置、制动可靠的新型采煤 机和具有完善的防倒防滑功能的新型液压支架 等装备和相应的采煤工艺为这一拓展奠定了基 础。大倾角煤水平分段综放工作面布置剖面如 图1所示。
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（1）液压支架
液压支架在走向长壁工作面移架过程中， 由于支架自重在倾斜方向的分力会使支架沿倾斜 下滑，煤层倾角越大，下滑力越大。支架后部因 重量大且重心偏后，所以下滑比前部严重，造成 支架歪斜。当煤层倾角增大到使支架失去侧向稳 定时，支架会向下倾倒。为了保证支架正常工作， 在煤层倾角大于35°时，从设计制造上必须考虑 采取防倒防滑措施。 ZYS960014/32型大倾角组合式液压支架和 ZYD3400/23/45型大倾角掩护液压支架
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对于近水平煤层、缓斜煤层，经过 国内外多年的实验和理论研究，已经取 得了大量的研究成果，其理论与实验方 面的研究都已比较成熟，并在生产实践 中起到了指导性作用。而大倾角煤层赋 存条件复杂，这决定了对它的研究必将 经历一个漫长而复杂的过程。与近水平 煤层和缓斜煤层比较，大倾角煤层综采 基本技术问题如下：
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3 设备选型与
使用的原则
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大倾角煤层走向长壁综 采（放）设备选型与使用 应充分考虑煤层倾角大的 特殊性，以支护系统稳定 性和设备运行可靠性为核 心，应遵循以下原则：
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(1) 优先选用2柱掩护式支架，并要求 支架防倒防滑性能可靠； (2) 支架应具备较强的抗侧向载荷性能； (3) 支架工作阻力适中，而且重量尽可 能轻； (4) 因支架后部易下摆可能造成采煤机 滚筒与顶梁前端干涉，故要适当加大推溜 杆长度消除这种干涉；
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国外大倾角煤层开采技术研究主要集中在前苏联、 德国和法国，并仅限于单一煤层综采，取得了较多成果， 但20世纪80年代后基本停止。苏联和原西德均将煤层按倾 角分为四类。在前苏联的分类中，≤18°为缓倾斜煤层； 19°～35°为倾斜煤层；36°～54°为次急倾斜煤层； 56°～90°为急倾斜煤层。原西德规定一个圆周为400°。 煤层的分类为：0°～20，为缓倾斜煤层；20°～40°为 倾斜煤层；40°～60°为大倾斜煤层；60°以上为急倾 斜煤层。经过换算，原西德圆周400 ° 。的40°～60° 与圆周360°的35°～54°相对应。由此可见，两国均把 35°～55°。倾角的煤层划分为单独的一类(次急倾斜煤 层和大倾斜煤层)，是有一定合理性及实用价值的。原西 德和前苏联都是综采技术发展较早、应用较广、技术相对 成熟的国家，这些煤层分类方法对我国大倾角煤层的规范 和统一具有很好的借鉴意义。
大倾角综采技术
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大倾角煤层的界定
建国以来，我国一直将煤层按倾角划分为 三类：倾角在25°以下的煤层为缓倾斜煤层； 25°～45°为倾斜煤层；45°以上为急倾斜煤 层。自20世纪80年代以来，我国煤炭行业学术 界及工程界频繁出现了大倾角煤层开采这一新 概念。北京煤炭科学研究总院牛锡卓教授早在 1979年就指出：“现行的煤层划分为三类的分 类法级差太大，不利于综采技术的研究与应 用。”大倾角煤层概念的上、下限在我国极不 统一，从25°到60°都有称为大倾角煤层的。 因此，关于大倾角煤层的概念及范围的确定就 显得十分必要了。
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1998 年四川省华蓥山矿务局（现为华蓥山 煤业公司）绿水洞煤矿，2003 年甘肃省靖远煤 业公司王家山煤矿先后与西安科技大学合作成 功地解决了大倾角中厚综采或厚煤层综放技术 难题并成功开采倾角最大达 52 °的煤层。目前， 我国大倾角煤层走向长壁综采技术为世界先进， 特别是大倾角厚煤层走向长壁综放技术处于世 界领先水平。
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伍永平教授、贠东风教授在2000年10月 再次指出:“大倾角煤层是指埋藏倾角35°～ 55°的煤层”。2001年，伍永平教授、贠东 风教授论述了大倾角煤层概念，指出大倾角煤 层一般是倾角在35°～55°的煤层，这主要是 考虑到采空区冒落矸石的自然安息角为35°。 当煤层的倾角大于35°时，冒落研石滑（滚） 落形成采空区的下部填满而上部悬空，从而形 成不同于35°以下煤层的矿压显现规律。
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根据现在我国机械化开采发展的需要，应对我 国传统按煤层倾角将煤层分为缓斜、倾斜及急斜的 三类标准进行修改，增加35°～55°大倾角煤层 这一类别，将煤层倾角划分为4类，缓倾斜煤层 0°～25°不变，倾斜煤层上限改为35°，大倾角 煤层35°～55°，急倾斜煤层下限改为55°，即： 缓倾斜煤层为0°～25°；倾斜煤层为>25°～ <35°；大倾角煤层为35°～55°；急倾斜煤层下 限改为>55°～90°。 将大倾角煤层范围定义为35°～55°倾角的 煤层，对我国大倾角煤层综采技术的发展具有一定 的合理性和实际应用价值。
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为了提高工作面排头排尾支架的整体 稳定性，通常将工作面下部或上部的 3 ～ 5 架支架两两彼此用防倒防滑千斤顶相连， 构成排头或排尾支架组。特别是排头支架 是工作面其他支架稳定的基点，所以，排 头支架的稳定至关重要。 大倾角液压支架通常都采用由千斤顶控 制的调底座装置并采用缸径较大（一般为 Φ 80mm或Φ 100mm）的侧推千斤顶以增大调 架力。另外 , 支架的立柱上设有扶手 , 底座 上设有台阶以便行人。
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（1）顶板破断垮落岩块沿底板向工作面下部采空区滑、滚， 使工作面沿倾斜方向形成不均匀充填带（工作面下部填实， 中部部分充填，上部悬空），走向长壁开采时在工作面线长 方向形成不均匀充填特征，从而导致工作面不同区域矿压显 现不同，通常中上部矿压显现较下部剧烈。 （2）除顶板垮落外，大倾角煤层底板也会出现破坏滑移。当 顶板垮落（移动）的趋向和速率与底板破坏滑移趋向和速率 不同时，会引起工作面“底板—支架—顶板”系统失稳，一 旦底板出现破坏，就会产生向下滑移，而且破坏滑移区还会 向上蔓延，造成底板的大范围失稳，导致灾害性事故发生。 （3）由于重力的法向及切向分量随倾角增加而变化，使得切 向分力增大而法向分力减小。因此，工作面支护系统所受的 工作载荷变小，而引起支护系统失稳的外载加大，产生工作 面支架下滑、倒及架间挤、咬现象。
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煤层倾角是影响选择采煤方法的重要因素之 一。大倾角煤层一般指倾角为35 °～ 55 °的煤 层，跨现行煤层分类法中的倾斜和急倾斜两个 类别。这主要是考虑冒落矸石的自然安息角为 35 °和水平分段放顶煤法开采 55 °以上特厚煤 层时底板“死三角”丢煤很少，以及目前走向 长壁综采设备及工艺在采取特殊措施后可适用 煤层的最大倾角为 55 °，而且开采难度相当大， 有特殊复杂性和规律性。
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综采工作面是煤矿开采的重要组成部分，它 包括工作面采煤机、液压支架、采面刮板输送机、 转载机、运输巷胶带机和上（下）山胶带机等各环 节。这些环节工作质量的好坏将直接影响到采煤机 的开机率，从而影响工作面单产和一系列技术经济 指标。综采工作面上述各环节在生产过程中所遇到 的问题属随机性事件，充分认识和掌握这些随机事 件的分布规律，减少各设备的故障时问，提高采煤 机的有效工作时间，对综采工作面高产稳产、提高 效率将起到很大的作用。
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（2）采煤机 大倾角煤层综采工作面要求采煤机牵引 力大、制动可靠、润滑效果好。现在大倾角 采煤机均为无链牵引，有可靠的制动装置， 使采煤机停电、失压、调速手把过零、牵引 轮不同步、超速或电缆张力过大时，均能实 现可靠的制动；为实现安全操作，采煤机中 通常都装有无线遥控或平巷控制台控制。采 煤机摇臂润滑采用分腔或强迫形式。目前， 先进的大倾角采煤机还采用多电机横向布置 和四象限运行的变频调速技术，运行可靠性 更高。
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大倾角煤层的主要开采方法种类
国内外对大倾角煤层的开采主要有以下几种开采方法： （1）走向长壁一次采全高。在小于50°的情况下，采 用综合机械化技术比较成熟，有绿水洞的经验可以借鉴； 角度再大的情况下，一直采用倒台阶、正台阶、斜台阶等 不利于机械化开采的方法进行。走向长壁综采在工作面布 置上又可根据需要采用伪仰斜或伪俯斜两种方法。 （2）分层开采。将煤层水平分层，是一种变复杂为简 单的好方法，根据煤层厚度和倾角以及考虑开采技术条件 的情况下，有倾斜分层、水平分层和斜切分层等。基本解 决了急倾斜煤层安全生产和高效难题。存在的主要问题是 工作面长度随煤层厚度变化，巷道掘进量大，工作面设备 要适应小工作面开采特点。因只能应用在急倾斜煤层，国 内外均应用较少。
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大倾角煤层走向长壁综采 基本技术问题
我国大倾角煤层储量约占煤炭总储量 的15%～20%，年产量占全国煤炭总产量 的10%左右。我国西部的宁夏、甘肃、新 疆、云南、贵州、四川、重庆等省区50% 以上的矿井开采有此类煤层；东部的山东 兖州矿区、河北邢台矿区和开滦矿区、安 徽淮南和淮北矿区、江苏徐州矿区等一些 老矿区该类煤层的遗留比重也比较大。