大仰角大采高綜采放頂煤生產實踐研究

□鄭宗儒 鄭文偉 杜 昭

一、引言

110201(Ⅱ)大采高工作面是棗泉煤礦首個大仰角綜放工作面，開采煤層為井田11 采區南翼二煤層，煤層總厚6.5～8.5m，平均7.9m，煤層仰角8°～18°，平均仰角11°。工作面設計機采高度為3.8m，放頂煤高度為4.1m，采放比為3.8:4.1=1:1.08。工作面設計長度205.3m，可采長度590m。煤層直接頂以泥巖與砂巖互層，底板為2.56～6.57m 泥巖、粉粒砂巖。

二、設備選型配套

大仰角綜放工作面主要設備:采煤機，工作面前、后刮板輸送機，放頂煤液壓支架。各設備的相互空間位置關系、技術性能的適應性和設備之間的生產能力配套是綜采放頂煤設備配套的重點問題。

110201(Ⅱ)大仰角工作面配套設備分別是MG750/1910－WD 型交流變頻電牽引采煤機，總裝機功率1910kW。ZF13000/25/43D 型四立柱支撐掩護式正四連桿大插板低位放頂煤液壓支架、ZFP13000/26/40D 型排頭支架、ZFG13000/25/43D 型過渡架、ZT25000/25/40D 型兩架一組中置式放頂煤端頭支架聯合支護工作面頂板。前后刮板輸送機均采用SGZ960/1400 型刮板輸送機，裝機功率1，400kW。

(一)采煤機特殊技術性能要素。一是因工作面仰角較大，采煤機在割煤過程中受滾筒割煤的反作用力及采煤機自重沿工作面傾向分力的合力，迫使前部刮板輸送機沿工作傾向下滑，造成每個循環的進尺不夠，同時采煤機滾筒易割支架頂梁，損壞設備。因此在設備選型時，訂制特殊的采煤機滾筒連接套，加長200～300mm。二是因仰角及采煤機自重較大，運行時會加大對采煤機行走機構的沖擊，造成行走機構嚴重的機械磨損。因此在設備選型時，必須加強采煤機行走機構的強度，并且做到在盡可能增大截割功率、牽引功率的基礎上，減小機身重量。

(二)刮板輸送機特殊技術性能要素。后部刮板輸送機采用軟連接，連環與拉后溜千斤進行直接連接，由于工作面仰斜開采，軟連接使用的連環有效長度變短，需增加連環的長度，根據仰角的大小，連環個數需增加1～3 環才能保證后部刮板輸送機的正常使用。

(三)液壓支架特殊技術性能要素。一是因工作面仰角較大，采煤機在割煤過程中受滾筒割煤的反作用力及采煤機自重沿工作面傾向分力的合力，迫使前部刮板輸送機沿工作面傾向下滑，造成每個循環的進尺不夠，同時采煤滾筒易割支架頂梁，損壞設備。因此在設備選型時，液壓支架推移十字頭加長200～300mm。二是由于工作面仰斜開采，每一個循環需進行留底挑頂，挑頂幅度控制困難，容易造成液壓支架頂梁不接頂板，頂梁出現空頂現象，對頂板管理帶來一定難度，因此在設備配套選型時，優先選擇鉸接頂梁式的液壓支架。

三、大仰角煤層采煤方法和采煤工藝

工作面選擇適宜的采煤方法和采煤工藝是建設安全高效礦井的關鍵。采煤方法和采煤工藝的選擇，應根據煤層賦存條件、設備發展水平、安全管理、資源回收率等因素綜合確定。

(一)采煤方法。采用傾斜長壁綜采放頂煤方法進行開采，全部垮落法處理采空區。根據煤層底板巖性可知，110201(Ⅱ)工作面直接底為泥巖、粉砂巖，硬度較小，易造成支架鉆底，給采場管理帶來困難，因此，決定工作面正常回采時留設400mm 底煤。

(二)采煤工藝。

1.回采工藝。包括落煤、裝煤、運煤、支護、放煤及處理采空區。主要以放頂煤工序為中心，割放煤工序平行作業，工藝流程:采煤機上端頭斜切進刀→下行割煤→移架→適量放頂煤→采煤機返刀上行清浮煤(采煤機割煤至機頭后)→大量放頂煤→推前部刮板輸送機→拉后部刮板輸送機→上端頭斜切進刀→進入下一循環。

2.采煤機割煤方式。采煤機采用上端頭斜切進刀，單向割煤，液壓支架及時支護頂板。

3.移架方式。分組間隔交錯式移架，滯后采煤機左滾筒2架開始分組拉移支架，分兩組間隔1 架(2 架)依次順序拉移支架，最多滯后采煤機右滾筒5 架，同時采用先導控制式電液控制系統控制液壓支架，提高支架的拉移速度。

4.放頂煤方法。110201(Ⅱ)工作面采取一采一放，分上下兩段兩組(共6 人)兩輪次間隔順序放煤的放煤方法，放煤步距0.8m。

四、安全生產管理

大仰采角工作面回采安全生產管理尤為重要，需要從切眼設計上未雨綢繆;設備安裝上仔細認真，采場管理上科學合理;安全保障上謹小慎微。

(一)大斷面異形切眼的特殊設計。大斷面異形切眼的特殊設計。一是根據液壓支架設備配套及相關文件要求，切眼凈寬為9.0m，考慮液壓支架安裝方式及以往大斷面切眼設計，切眼正中凈高定為3.3m，頂板成10°仰角，底板成5°仰角，則切眼上幫凈高為3.7m，切眼下幫凈高2.7m。二是保證支架運輸車在傾斜巷道底板上正常行走不側滑，在切眼地坪施工過程中將老塘側2.0m 范圍施工水平地坪，將支架車實際傾斜坡度調整為3.5°。三是切眼自風巷開口前161m 沿煤層底板掘進，161～205m 段沿7°下坡施工與機巷貫通，一方面增加了煤巷掘進長度，保證了巷道的快速施工，另一方面滿足了特種車輛的行駛坡度要求。

(二)設備的安裝。大仰角工作面的初采初放是否安全順利，很大程度上取決于工作面的設備安裝質量。一是前部刮板輸送機安裝前，根據切眼仰角，提前將前部刮板輸送機墊平，保證采煤機正常挑頂。二是安裝過程中必須保證液壓支架的狀態良好，有利于工作面的初采。三是工作面支架安裝完畢后，將切眼原支護進行一定破壞，保證直接頂老頂及時垮落，保證順利拉移液壓支架，推移前部刮板輸送機。

(三)采場的管理。

1.解決工作面層位調整的技術難題。一是控制好工作面開采層位調整，保證一定厚度的底煤，防止底板軟巖導致液壓支架鉆底現象，造成液壓支架初撐力不足，前部刮板輸送機推移困難。同時根據工作面兩巷仰角變化，提前做好層位調整。二是工作面在調整層位留底量大于挑頂量時，前部刮板輸送機機仰角大于支架底座仰角，采煤割煤過程中易割液壓支架頂梁，因此需每個循環墊平刮板輸送機，采煤機能夠正常挑頂。三是保證工作面機采高度，每個循環進行控制，防止工作面局部采高過低，造成采煤機滾筒挑不上頂板或者采煤機不能正常通過工作面每臺液壓支架。

2.解決采煤機割液壓支架頂梁的技術難題。一是工作面回采時要求采煤機每個循環進行挑頂，不能正常挑頂段，每兩個循環墊一次前部刮板輸送機，保證采煤機能夠正常挑頂，挑頂時盡設備的最大挑頂能力進行挑頂，挑頂高度一般200～300mm，留底量100～200mm。采煤機司機在挑頂留底時要掌握好采煤機滾筒割煤高度，保證支架頂梁能夠與頂板接平、接實。二是當工作面仰角較大，采煤機在割煤過程中受滾筒割煤的反作用力及采煤機自重沿工作面傾向分力的合力，迫使前部刮板輸送機沿工作傾向下滑，造成采煤機割液壓支架頂梁，同時每個循環的截割進尺不夠，因此在采煤機割煤時，將刮板輸送機推移箱完全推出并保持一定時間的推力，確保采煤機截割深度，采煤機滾筒不會割到液壓支架頂梁。

3.液壓支架狀態調整。一是由于工作面仰角大，前部刮板輸送機沿工作面的下滑力較大，必須保證液壓支架初撐力達到要求，才能確保以液壓支架為支點正常推移前部刮板輸送機。二是工作面液壓支架直線符合要求，液壓支架局部不能落后，煤壁不能出現虧刀，保證煤壁沒有應力集中點。液壓支架仰角符合規定，液壓支架保證射箭狀態，確保液壓支架接頂嚴實。三是工作面正常割煤移架時，嚴禁超前移架，減小設備配套液壓支架端面距，造成采煤機割液壓支架頂梁。當工作面頂板破碎時，支架工根據工作面頂板情況超前帶壓擦頂移架。四是支架頂梁前端與煤壁距離控制在200mm 左右，盡量做到護幫板整體與煤壁接觸，縮小支架梁端、煤壁和護幫板之間的三角空頂面積。

4.工作面偽斜調整。根據工作面前后刮板輸送機與轉載機搭接情況，及時調整工作面偽斜，一般將偽斜控制在5～15m 之間。

(四)安全保障設施。一是工作面8#支架以下及前后部刮板機機頭正對卸煤點采用單層鋼絲繩護網(規格為1500mm ×2300mm，用φ12mm、80mm×80mm 的鋼絲繩)，護網上側利用卸扣體固定在液壓支架外側頂梁下，護網下側利用反光吊帶捆綁固定在電纜槽外側。二是工作面8#～120#支架沿工作面傾向在支架立柱外側頂梁下方掛設擋矸網(規格為6000mm ×2300mm，用φ11.5mm、100mm ×100mm 的尼龍網)。尼龍繩擋矸網上側利用φ12mm 圓鋼加工的卸扣體固定在支架立柱與電纜槽之間頂梁耳子上，下部利用φ12mm 圓鋼加工的卸扣體固定在支架底座耳子和電纜槽推移耳子上，尼龍網與鋼絲繩擋矸網長邊利用反光吊帶捆綁牢固，以保證擋矸效果良好。三是采煤機通過機道內的護網前，利用反光吊帶分段將尼龍擋矸網拉回，確保采煤機不刮護網。四是運輸巷行人側皮帶下幫側全程加裝鋼筋護網，鋼筋護網尺寸為900 ×4500mm，網孔規格為50 ×50mm。鋼筋護網用8#鐵絲與H 架連接可靠，鋼筋網與鋼筋網用8#扣扣相連，扭結不少于三圈固定牢靠。五是運輸巷加設兩道傾向金屬防護網，金屬護網規格為1500mm × 2300mm，用φ12mm、80mm×80mm 的鋼絲繩加工。兩道金屬護網隨著工作面回采前移。六是工作面回風巷、運輸巷超前段沿巷道傾向掛設鋼絲繩，將超前單體液壓支柱連鎖起到防倒作用，鋼絲兩個繩頭分別用母起吊環連接在巷道兩肩窩處的錨桿上。七是風機兩巷施工地坪時，增加防滑槽，便于行人及車輛運輸，同時回風巷及時除塵，防止底板積塵濕滑，引發人員傷害。

五、結語

110201(Ⅱ)大采高工作面是棗泉煤礦首個大仰角煤層綜合機械化放頂煤工作面，通過研究大仰角綜放工作面“三機”設備配套選型、采場管理、采煤方法、放頂煤工藝及安全管理等內容，建立了比較完整的“大仰角煤層綜合機械化放頂煤開采”技術管理體系，對今后回采大仰角工作面的技術與現場安全管理起到了引領作用。

［1］馬其華，王宜泰.大仰角綜采設備適應性改造技術研究［J］.煤炭機械，2009

［2］李廣富.大仰角雙斜綜放工作面安全開采技術研究［J］.煤礦現代化，2013