采礦工程中大采高綜采相關(guān)技術(shù)參數(shù)確定研究

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摘 要：本文以采礦工程中大采高綜采相關(guān)技術(shù)參數(shù)的確定以及存在的問題為研究對象，論文首先探討了合理采高的確定，工作面長度和推進(jìn)度的解決方案，而后分析了當(dāng)前大采高綜采中存在的問題及解決措施，最后筆者總結(jié)了大采高綜采技術(shù)的發(fā)展思路。全文是筆者從工作實(shí)踐出發(fā)進(jìn)行的理論探討，因而各種技術(shù)理論的探討都最終能落到實(shí)踐中，相信本文的研究對從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價(jià)值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：大采高綜采 煤炭 支架

中圖分類號：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0074-02

我國緩傾斜厚煤層煤炭產(chǎn)量占總產(chǎn)量的40%以上，很多礦區(qū)賦存有3.5～5.0 m厚的煤層且均為主采煤層。大采高綜采是對3.5～5.0 m厚的煤層一次采全高。對于煤層傾角小于30°的煤炭含矸率低、瓦斯涌出量小等優(yōu)點(diǎn)；與采高小于3.5 m的分層綜采相比，具有采面生產(chǎn)能力大和巷道布置簡化、回采工效和煤炭資源回收率高、設(shè)備搬家倒面次數(shù)少和節(jié)約假頂材料等優(yōu)點(diǎn)。因此，大采高綜采是3.5～5.0 m厚煤層綜采的主要發(fā)展方向之一。

1978年，我國首次從德國引進(jìn)了G320-20/37型、G320-23/45型等型號的大采高液壓支架及相應(yīng)的采煤運(yùn)輸設(shè)備，與此同時我國也開始研制大采高液壓支架和采煤機(jī)。1984年西山礦務(wù)局官地18202工作面的8#煤層使用我國自行研制的第一套大采高綜采設(shè)備BC520-52/47型支撐掩護(hù)式支架、MXA-300/4.5無鏈牽引采煤機(jī)，進(jìn)行了大采高一次采全厚綜采的工業(yè)性試驗(yàn)，并通過了鑒定。1986年邢臺礦務(wù)局東龐礦使用BYA329-23/45型國產(chǎn)掩護(hù)式液壓支架及與其相配套的大采高綜采設(shè)備，在2702工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)并取得了成功，以后又相繼在其他幾個回采工作面試用。在以上試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，東龐煤礦與北京煤機(jī)廠合作，進(jìn)一步研制了最大采高達(dá)5.0 m的BY3600-25/50型大采高液壓支架，并于1998年8～10月在該礦2101工作面進(jìn)行了試驗(yàn)，獲得了較好的效果。經(jīng)過十多年的努力，現(xiàn)已取得明顯的進(jìn)展。

我國已進(jìn)行試驗(yàn)的部分大采高一次采全厚綜采工作面的煤層賦存特征及所使用的液壓支架的主要技術(shù)特征。

1 合理采高的確定

國內(nèi)外對于厚煤層一次采全厚綜采的合理采高進(jìn)行了大量研究，認(rèn)為采高并非愈大愈好，采高大小必須與煤層地質(zhì)條件、目前的綜采設(shè)備技術(shù)水平及采煤工藝各環(huán)節(jié)的配套能力相適應(yīng)。對于目前我國的具體條件來說，綜采工作面的采高存在著一個合理的取值范圍。實(shí)踐證明，當(dāng)加大工作面的采高時，工作面頂板壓力隨之增大，煤壁前方支承應(yīng)力集中程度亦隨之增大，從而加劇工作面煤壁片幫和冒頂。相似材料模擬試驗(yàn)的結(jié)果表明：采高越大，工作面開采后上覆巖層運(yùn)動范圍也越大。當(dāng)采高大于5.5 m后，上覆巖層折斷的厚度將超過100 m，巖梁的折斷步距、折斷巖梁運(yùn)動的自由空間均較大，此時工作面支架將承受巖梁大規(guī)模運(yùn)動引起的動載荷和較大的偏心載荷，從而影響到支架的穩(wěn)定性及使支架圍巖關(guān)系惡化，增加許多困難因素：

（1）設(shè)備進(jìn)一步趨向于大型化，復(fù)雜化，維護(hù)梁和管理難度進(jìn)一步增加；（2）設(shè)備機(jī)動性變差，對變化的工作面地質(zhì)條件適應(yīng)性低；（3）推進(jìn)度降低，頂板管理更加困難；（4）煤壁片幫加劇，工作面冒頂?shù)臋C(jī)會增加。定性的說，從綜采最低可采高度到最佳采高，產(chǎn)量與采高成正比；從最佳高度到最大采高，產(chǎn)量與采高成反比。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采高3.0～3.5 m是單產(chǎn)最高。采高從3 m左右提高到4.5～5.0 m，幾乎等于從最佳采高提高到綜采一次采全高的合理可采極限（放頂煤另當(dāng)別論）。所以，設(shè)計(jì)采高以小于5.5 m為好。另外，通過實(shí)測片幫深度c與采高h(yuǎn)之間的回歸分析得到兩者的定量關(guān)系式（c=21.381 nh=17.97，r=0.72，c為片幫深度，cm；h為采高，m）并據(jù)此對比分析知，當(dāng)采高h(yuǎn)=3.3～3.85 m時，片幫深度c隨采高h(yuǎn)增大而增大，h大于3.85 m后片幫深度變化不大。而7趨于穩(wěn)定，故確定合理采高應(yīng)大于3.85 m。因此，設(shè)計(jì)采高應(yīng)處于3.85～5.5 m之間。

2 工作面長度及推進(jìn)度

工作面的產(chǎn)量和效率是隨著工作面長度的增加而提高。加大工作面長度不僅減少了準(zhǔn)備和回采的工程量，而且也相對減少了端頭、進(jìn)刀等輔助作業(yè)時間，保證工作面高產(chǎn)高效；而提高工作面推進(jìn)度，盡量減少搬家倒面次數(shù)，為工作面連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)創(chuàng)造了條件。我國煤礦高產(chǎn)高效綜采技術(shù)發(fā)展趨勢：為提高工作面單產(chǎn)，減少搬家次數(shù)，有條件的礦井要適當(dāng)加長工作面長度和采區(qū)走向長度。工作面長度應(yīng)達(dá)到200 m，部分條件好的礦井工作面長度可隨著工作面輸送機(jī)鋪設(shè)長度的增加，逐步達(dá)到250～300 m。但工作面長度和推進(jìn)長度并非越長越好。隨著工作面長度的加長，推進(jìn)度減少，循環(huán)率降低，輸送機(jī)的鏈條重量也增大，降低了動力效率，故障也會增多；而推進(jìn)長度的增加，導(dǎo)致運(yùn)輸、巷道維護(hù)、通風(fēng)等費(fèi)用增加，噸煤成本提高。為此，在確定工作面參數(shù)時本著技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的原則，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化分析，優(yōu)化結(jié)果工作面長度在230～270 m，年推進(jìn)長度2400左右比較優(yōu)越。

3 存在問題

3.1 煤壁片幫甚至架前漏頂

3.1.1煤壁片幫的影響因素

（1）煤層節(jié)理裂隙等弱面分布及地質(zhì)破碎帶。當(dāng)總裁工作面推至斷層影響帶和煤巖松軟帶時，經(jīng)常會發(fā)生煤壁片幫，因工作面采高大，煤壁對地質(zhì)構(gòu)造特別敏感，如遇落差較大的斜交斷層，會誘發(fā)大面積片幫。特別是傾斜斷層危害更大。（2）煤壁處的支承壓力。當(dāng)受上部煤層的煤柱影響和在老頂來壓期間都能引起支撐壓力增高，進(jìn)而煤壁片幫成為松塌區(qū)，支撐壓力載荷向深部轉(zhuǎn)移，支承壓力越高，松塌區(qū)越寬。（3）綜采工作面管理及操作。如支架初撐力和工作阻力過低或采高過大，使支架不能有效接頂；移架不及時，或移架時降柱過多；為發(fā)揮護(hù)幫作用；工作面工程質(zhì)量差，支架擠、倒，或間距過大，移不動仍盲目降柱；設(shè)備事故頻繁，工作面推進(jìn)過慢，則頂板壓力對工作面煤壁作用時間充分，最終導(dǎo)致片幫。（4）此外老頂來壓、工作面推進(jìn)方向、仰俯斜角度、煤壁暴露時間、頂梁接頂程度都對工作面片幫有很大影響。上述因素的交織作用，常導(dǎo)致片幫引起冒頂，片冒交替，形成較為困難的頂板管理局面。endprint

3.1.2 防治煤壁片幫的措施

煤壁片幫及由此引起的冒頂?shù)闹卫恚梢詮臋C(jī)械裝置及采礦技術(shù)兩方面采取措施。

（1）改進(jìn)頂梁端部結(jié)構(gòu)，加裝防片幫板。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大采高工作面煤壁片幫程度與是否采用支架護(hù)幫板有關(guān)。使用護(hù)幫板并靠近煤壁時煤壁片幫會減少；沒有護(hù)幫板支護(hù)下的片幫幾率約為有支護(hù)的3倍。因此要提高護(hù)幫板的使用率，在機(jī)組割煤移架后，立即打開護(hù)幫板護(hù)幫。在機(jī)組割煤前，提前于采煤機(jī)1～2架才將護(hù)幫板收起，使工作面煤壁始終在擴(kuò)幫板支撐下。為了在片幫一發(fā)生情況下護(hù)幫板仍能支撐柱煤壁，就要改進(jìn)兩端結(jié)構(gòu)，要將護(hù)幫裝置安設(shè)在伸縮梁以至具有二級護(hù)幫裝置。（2）提高支架的實(shí)際初撐力和工作阻力。盡可能提高泵站的供液壓力或選擇高壓泵站32～35MPa的供液系統(tǒng)，安設(shè)壓力指示器，正確操作移架后升柱；采用初撐力保持閥提高實(shí)際初撐力。（3）工作面通過煤巖破碎帶或老頂來壓時加固煤壁，提高其整體強(qiáng)度。如煤壁成大塊狀片落，有一定的自穩(wěn)能力時，可用木錨桿錨固煤壁；當(dāng)煤巖都很破碎、松軟時，應(yīng)考慮用化學(xué)方法加固煤巖。（4）改進(jìn)回采工藝和操作技術(shù)。采用及時移架結(jié)構(gòu)（先拉架后推輸送機(jī)）的方法，使支架頂梁頂住煤壁，采煤機(jī)只采底刀，如留有粘頂煤，可利用支架頂梁鏟落；工作面出現(xiàn)局部的片幫和大采高支架歪倒、陷底、擠架等現(xiàn)象，應(yīng)及時調(diào)整。（5）在設(shè)計(jì)工作面適應(yīng)避開上覆煤層遺留煤柱對工作面造成集中壓力；工作面推進(jìn)方向上煤層注節(jié)理應(yīng)傾向煤壁；工作面應(yīng)處于俯斜開采，避免仰斜開采。（6）應(yīng)注意兩端支護(hù)技術(shù)及三機(jī)配套。

3.2 大采高支架的防倒和防滑

我國大采高綜采面液壓支架穩(wěn)定性事故率平均高達(dá)6%～10%以上，遠(yuǎn)比采高小于3.5 m的綜采面嚴(yán)重，并已制約了大采高綜采高產(chǎn)高效潛力的發(fā)揮及其推廣。可見，大采高液壓支架傾倒問題已成為生產(chǎn)實(shí)踐中迫切需要研究解決的技術(shù)難題。采高與支架重心高度是支架傾倒的重要影響因素，而它們的影響程度與底板的傾角直接相關(guān)，傾角在10度以內(nèi)時，5～5.5m采高的傾倒是容易控制的。當(dāng)傾角在5度以內(nèi)時，6 m采高的傾倒也是能夠控制的。從重心高度對傾倒的影響來考慮，采高4 m支架重心不超過1.8 m，采高5 m時，支架重心不超過2.2 m，采高6 m時，支架重心不超過2.5 m。

（1）大采高排頭支架的防倒在工作面推進(jìn)過程中，下端頭排頭支架的第一架下側(cè)護(hù)板始終緊貼運(yùn)輸巷上幫肩窩，作為支架工作狀態(tài)的控制標(biāo)志。排頭四架安裝防倒千斤頂，使支架頂梁兩兩相連，千斤頂安裝在支架的頂梁上。（2）回采過程中的控制措施采用帶壓擦頂移架，以防止咬架和縱向傾倒。嚴(yán)格控制好排頭架的位置及迎山角，即迎山角始終保持在3～5度的范圍內(nèi)，支架調(diào)斜角始終控制在5度以內(nèi)。掌握好工作面推進(jìn)時的偽斜角，正常情況下偽傾角（即工作面煤壁與下運(yùn)輸?shù)赖膴A角）控制在95度左右。（3）移架順序：移架順序?qū)χЪ艿膬A倒有明顯的影響，由上而下移架明顯優(yōu)于由下而上移架，為此，在傾角大的條件下在工藝上可考慮成組移架，組間由下而上，組內(nèi)由上而下，從而改善支架的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

（1）大采高綜采技術(shù)的突出難點(diǎn)在于采面開采高度大、機(jī)械設(shè)備重型化，導(dǎo)致支架-圍巖系統(tǒng)控制和綜采設(shè)備配套問題成為采礦難題之一。（2）加強(qiáng)綜合地質(zhì)水文勘探與頂板礦壓測定。（3）礦工作者應(yīng)十分重視大采高帶來的頂板運(yùn)動和液壓支架工作阻力的變化，專門深入的研究大采高綜采面液壓支架穩(wěn)定性問題。（4）液壓支架是綜采工作面主要設(shè)備之一，應(yīng)向兩柱式掩護(hù)式液壓支架方向發(fā)展，液壓支架技術(shù)另一重大突破是控制系統(tǒng)，應(yīng)用電液控制技術(shù)。（5）支架液壓信息采集與液壓系統(tǒng)故障檢測、支架-圍巖保障系統(tǒng)及綜采裝備技術(shù)改造是保障大采高綜采面高產(chǎn)高效開采的關(guān)鍵技術(shù)。

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