大傾角中厚煤層綜采面防飛矸液壓支架的研究與應用

張建

摘 要：新汶礦業集團有限責任公司協莊煤礦開采水平已進入了-850水，開采埋深達到1000 m以上。進入深部采區后，開采條件異常復雜，除了受水、火、破碎頂板、沖擊地壓等災害威脅外，深部工作面煤層大傾角安全開采成為了重點研究和解決的問題之一。協莊煤礦在多年的大傾角開采經驗的基礎上，研究并投用了大傾角防飛矸液壓支架，提高了大傾角安全防護的可靠程度，實現了煤機與移架推溜的平行作業，提高了工作面勞動效率及開機率，極大地解放了大傾角工作面的生產能力。

關鍵詞：大傾角 防飛矸支架 可靠程度

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（a）-0024-01

1 工作面概況

1.1 工作面位置

2403W綜采面位于協莊煤礦-850水平二采上山區四層煤西翼第一個塊段。工作面南起回風巷（巷道底板標高-633.5～-707.7 m），北至運輸巷（巷道底板標高-720.5～-834.5 m），西至工作面切眼，東至-850二采軌道上山保護煤柱。工作面東西走向長1088 m，南北傾斜寬207-267 m，平均213 m，傾斜面積232148 m2。工作面范圍內地表標高+151 m，煤層平均埋深875 m。工作面以北為F16斷層保護煤柱；以南為2402W工作面未開拓；以西為井田西翼剝蝕邊界；以東為-850水平二采上山保護煤柱。工作面上覆二層煤已開采，下伏六、十一、十三層煤均未開拓，對應地表為農田，無河流及其它建筑物。

四層煤為礦井主要可采煤層之一，結構簡單，硬度中等，工業牌號為氣煤，視密度1.34 t/m3。煤巖組分以亮煤為主，暗煤次之，屬半亮型煤。根據資料，工作面范圍內煤層走向98～127 °，傾向NE，煤層平均傾角36°。煤厚2.40～2.85 m，工作面平均煤厚2.60 m。

1.2 采煤方法及工藝

2403W綜采工作面采用單一走向長壁后退式采煤法，全部垮落法管理頂板。采用綜合機械化采煤工藝，使用MG300/700-WD型雙滾筒采煤機落煤、裝煤，SGZ-730/400型刮板運輸機運煤，SZZ730/200型橋式轉載機運煤，ZY3400/14/32液壓支架支護頂板。

1.3 工作面產能分析

2403W工作面走向長1088 m，傾斜面長213 m，傾斜面積232148 m2，按照6循環/天計算，工作面月度單產可達到8.0萬噸以上。因此，2403 W工作面裝備了大功率的綜機設備，提高工作面綜采生產能力（如表1）。

2 大傾角工作面開采技術方案研究

2.1 傳統大傾角工作面安全防護措施的不足

2403W在裝備了大功率綜機設備后，制約產能釋放的問題石工作面大傾角開采的問題。傳統的大傾角安全防護措施主要有兩種：①機道擋矸板：使用高分子材料制作的一種擋矸板，上端用2根小型號鏈條固定在支架頂梁固定環上；下端用1根小型號鏈條固定在溜槽擋煤板上，另一端由于靠近煤壁無法固定。②尼龍網柔性封閉網：即使用尼龍材質的柔性方格網將機道與人形道進行封閉，防止大塊煤矸飛出機道進入人行道出現傷人事故。柔性防飛矸網上端用∮25.4 mm的鋼絲繩固定在支架頂梁上方，下端用“S”鉤扣在溜槽擋煤板上。在實際應用中，柔性放飛網雖然能夠減緩飛矸的沖擊，但強度較小，經常出現煤矸沖破柔性網進入人形道的情況。根據經驗計算，大傾角工作面平均每3個月就要更換一次柔性放飛網，增加了生產成本。

以上兩種方式存在以下不足：①由于頻繁升降支架，鋼絲繩出現拉伸變形甚至斷裂，導致上部間隙過大，片落的煤矸可能進入人形道；②煤機在割煤時，必須提前人工將擋板、防護網收起，煤機過后再放下，人工消耗體力較大。

2.2 傳統大傾角防護措施給生產帶來的制約

傳統的大傾角安全防沖措施對工作面生產制約非常大，嚴重影響了生產效率的提高。根據有關規定，大傾角工作面煤機開機期間，以下嚴禁有人，給生產工序帶來了以下弊端：①煤機割煤前，人工提前將煤機以上（以下）的機道內擋矸板、柔性網收起。煤機割煤時，除煤機司機外無其他人員，上下方無法移架推溜，待煤機停機后，人員方可移架操作，煤機割煤與移架、推溜無法平行作業，生產效率無法提高；②煤機在下端頭處進刀割煤時，推移機頭、回撤端頭支柱（或端頭支架）無法與煤機割煤平行作業，必須確保在煤機停止狀態下方可進行施工，降低了生產效率。根據計算，同樣采場條件下，大傾角綜采面比近水平綜采面單產低30%左右，制約了大傾角工作面的安全高效生產。

3 大傾角防飛矸支架的改進與應用

3.1 問題的關鍵點分析

在充分剖析現有大傾角防飛矸開采技術不足的前提下，提出了解決問題的關鍵點：①增加防飛矸設施的強度，提高擋矸的可靠性；②解決能夠快速收放的問題，實現割煤與移架、推溜的平行作業。

3.2 解決問題的辦法

通過對ZY3400/14/32支架結構的分析研究，對普通ZY3400/14/32液壓支架進行了如下改進：即在支架頂梁下增加了一塊剛性擋板，將剛性擋板用銷軸固定在支架頂梁下，在擋板與頂梁之間增加一臺油缸（液壓千斤頂）實現其收降操作。現場操作時，煤機割煤時，人員超前煤機割煤地點5～10 m將擋板收起；煤機割煤過后，支架工緊跟煤機將擋板降下，由于操作的閥柄的動力介質為高壓乳化液，動力較大，實現了快速操作，降低了機道與人行道暴露的面積、時間，有效防止了大塊煤矸的飛出。煤機在前割煤，支架工緊隨其后移架、推溜，減少了煤機停機時間，提高了勞動效率及開機率。

4 取得的效益

2403W面裝備了ZY3400/14/32型防飛矸支架，代替了柔性防護網封閉機道，提高了安全性和工作效率。通過職工防飛矸支架操作不斷熟練，實現了大傾角工作面跟機作業，提高了工作面生產效率，為開采類似條件的工作面積累了豐富的經驗。工作面防飛矸支架后，月度平均單產8.2萬t，比以5萬噸提高了3.2萬t。按照噸煤利潤219元/t，年度增加經濟效益82000×12×219=8409.6萬元≈8410萬元。endprint