偽斜布置在傾斜煤層中的應用及分析

馬驍

摘要： 綜采在傾斜煤層中應用具有一定困難并且效果差，采用偽斜布置，有效的解決了這一問題。梅花井煤礦116103工作面采用走向長壁采煤法，工作面傾角達20°，工作面采用偽斜布置后，有效的保證了支架、刮板輸送機穩定性以及采場壓力的穩定。可見，采取合適的偽斜布置綜采工作面，是綜采工藝得以充分發揮效益的重要手段。

Abstract： The application of fully mechanized coal mining in inclined coal seam is difficult and the effect is poor. The problem can be effectively solved by using pseudo-oblique arrangement. The 116103 working face of Meihuajing Coal Mine adopts the strike long wall coal mining method， the dip angle of the working face is 20°， and the stability of the stent， scraper conveyor and Stope pressure are effectively guaranteed after the pseudo-oblique arrangement. It can be seen that it is an important means to fully utilize the fully mechanized mining technology by adopting appropriate pseudo-oblique arrangement.

關鍵詞： 綜采；偽斜布置；傾斜煤層

Key words： fully mechanized mining；pseudo-oblique arrangement；inclined coal seam

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）33-0111-03

0 引言

梅花井煤礦116103工作面所采煤層6及6-1煤，工作面采用單一煤層走向長壁綜合機械化采煤法，采空區頂板采用全部垮落法處理。工作面走向長4351m，平均傾斜長220.6m，平均傾角20°。由工作面開切眼沿回采方向2517m范圍內為6煤合并區采高平均4.3m，在分叉區采高也能達到3.2m。屬大采高大傾角綜采工作面，工作面自開采以來，采用偽斜布置，采場管理穩定，平均單產40萬噸。

1 工作面偽斜布置方式及分析

偽斜布置是指將工作面不與運輸巷、回風巷垂直布置，與垂直方向存在一個角度，即偽斜角，工作面刮板輸送機機頭超前機尾一段距離，稱為正偽斜，反之工作面機尾超前機頭，稱為反偽斜。目前，對反偽斜應用不多，本文主要針對正偽斜進行分析，機頭超前機尾的超前量即偽斜。綜采工作面采用偽斜布置的特點就是降低工作面傾角，從而使綜合機械化采煤能夠在傾斜及急傾斜煤層中發揮其最大效益。布置方式如圖1所示。

從圖1中幾何關系可得

由式（3）可以看出，偽斜布置時偽斜角越大，工作面傾角就越小，可見采用偽斜布置可以減小工作面坡度[1]。

2 采用偽斜布置解決的問題

2.1 工作面支架穩定性

支架在工作面主要受自身重力G與來自頂板壓力N，重力G分解為垂直與工作面的力G′與工作面傾向的力F。

支架受向上的摩擦力f+？滋N=？滋|（G+N），由此可見工作面傾角越小、支架受頂板壓力越大、工作面與支架摩擦系數越大支架越不容易下滑，因此，利用偽斜布置工作面，降低工作面坡度，補足支架初撐力，減少工作面淋水可以控制支架的下滑。

另外在大傾角工作面，支架除了容易下滑，還會有倒架等不穩定情況，在力F的作用下會造成支架存在一定的傾倒趨勢，并且隨著采高大增大，支架重心也相應增高，由F引起的翻轉力矩也隨之增大，造成支架穩定性更差。另外支架后部垮落矸石向下的壓力以及刮板輸送機的帶動作用都會造成支架的不穩定。合理的布置偽斜，利用偽斜布置可以降低工作面傾角，有效解決支架在傾斜煤層中的不穩定性問題。

2.2 刮板輸送機穩定性

在煤層傾角大的工作面回采時，輸送機最容易上竄下滑，導致刮板輸送機機頭與轉載機搭接的經常性變動，從而改變了輸送機與轉載機的合理搭配關系，造成了工作面不能正常出煤，影響生產效率，刮板輸送機下滑嚴重時還會造成工作面機尾割不透，而影響正規作業循環。

刮板輸送機在整個生產系統中占據著重要地位，但同時刮板輸送機的穩定性也是最難控制的。在自由狀態中它只受自身重力、摩擦力影響，工作面傾角越小，刮板輸送機越趨于穩定，因此偽斜布置可以減緩其下滑趨勢，另外采用偽斜布置后，工作面在推移刮板輸送機時給它的推溜力P會產生一個向上的分力P， 越大向上的分力也越大，刮板輸送機上竄的趨勢也越大，只要采取合適的偽斜布置，便可以解決工作面刮板輸送機的穩定性。

在正常生產中，工作面的傾角以及頂底板條件并不是不變的，采取特定的偽斜布置，也并不能保證刮板輸送機一直處于穩定狀態，而工作面調斜又需要大量的時間并且浪費工人體力，所以利用合適的偽斜為基礎，結合其他措施，才是保證刮板輸送機穩定性的有效手段[2]。主要有以下幾種措施：

2.2.1 采取合適的割煤工藝

不同的割煤工藝對刮板輸送機的穩定性也有很大的影響。116103工作面回采過程中采用過單向割煤和雙向割煤兩種割煤工藝。單向割煤在機尾做機窩，下行割煤，返機清浮煤，由于采煤機是“騎”在刮板輸送機上割煤，在下行時受截割阻力影響，刮板輸送機會受一個向上的反作用力。單向割煤工藝可以防止刮板輸送機下滑，但是如果刮板輸送機無下滑趨勢的話，單向割煤會導致刮板輸送機上竄。而采用雙向割煤時，刮板輸送機在采煤機上行、下行過程中都會受到向下和向上的反作用力，但是雙向割煤不利于控制刮板輸送機的下滑。endprint

2.2.2 工作面推移刮板輸送機方式

推移刮板輸送機是是單方向的逐步完成的，在推移過程中，已推移部分被推至煤幫受推移千斤擠壓，摩擦力較大，因此較穩定，而未推移部分在受到推力后，會產生向上向下的力，由于已推移部分較穩定，因此刮板輸送機彎曲段便會向未推移部分移動，類似于鞭打效應。所以從機頭向機尾推移刮板輸送機的過程形成了刮板輸送機向機尾方向的竄動，反之從機尾向機頭推移刮板輸送機會使刮板輸送機向機頭方向竄動。也就是說從機頭向機尾推移刮板輸送機可以控制刮板輸送機下滑，從機尾向機頭推移刮板輸送機可以控制刮板輸送機上竄。

2.2.3 調整架型

116103工作面三機配套為：MG750/1920-WD采煤機、ZY10000-23/50D液壓支架、SGZ1200/2×855刮板輸送機。支架重38噸，而刮板輸送機較輕。由于支架較重，相對于刮板輸送機，支架穩定性較高，支架的位移以及支架架型對刮板輸送機穩定性影響很大。支架在移架過程中，抬底后，支架受重力影響，總會出現向下“甩頭”的情況，從而導致刮板輸送機下滑，而刮板輸送機下滑后，又會在支架移架時給支架前部一個向下的力，導致支架“甩頭”更嚴重，如此惡性循環，會嚴重影響工作面正常生產。所以，支架工在移架過程中，要嚴格把握支架架型，及時調整架型，出現支架向下“甩頭”嚴重的情況，可以借助單體支柱對支架底座施加輔助力來調整好架型。

2.3 減少過措施巷、地質構造的揭露斷面

工作面采用偽斜布置后，在通過一些措施巷或者地質構造時，可以有效地減少揭露面積。

如圖3，措施巷寬度為D的話，工作面揭露措施巷后，揭露長度為D/sin？酌，偽斜角越大，則工作面揭露長度越短。如果工作面過措施巷時與措施巷平行，那么工作面將同時揭露措施巷，這樣會造成工作面頂板管理困難，極易發生冒頂事故，而采用一定的偽斜，減少工作面揭露面積，保證了工作面頂板的管理以及降低了工人的作業難度。

2.4 減少采空區涌水影響

影響116103工作面回采安全的直接含水層為2煤～6煤間砂巖裂隙孔隙層間承壓含水層下段（4～6煤間），并且116103工作面上部為112201采空區，預計116103工作面最大涌水量達130m3/h。在采空區頂板跨落后，采空區涌水量可能較大，水流會沿工作面流至運輸巷，對運煤、行人造成嚴重影響。工作面采用偽斜布置，上部涌水匯集至下部后直接進入采空區，避免了采空區淋水進入運輸巷對正常生產造成影響。

3 采用偽斜布置存在的問題

3.1 增加了工作面設備及維護投入

工作面采用偽斜布置，工作面長度就會加大，而且偽斜角越大，則相應的工作面長度也越大。因此工作面投入的設備就會增多，平時設備的維護成本也隨之增加。由此可見，偽斜越大，工作面長度越大，投入費用就越高，工作面開采效率越低。

3.2 工作面上部壓力大

偽斜對工作面頂板壓力分布也有很大影響，合適的偽斜可以解決工作面頂板的應力集中，但是偽斜過大，則會造成工作面局部壓力大，對工作面頂板控制不利。116103工作面3月份偽斜基本控制在15m左右，而7月份隨著工作面傾角變大，偽斜調整至25m。將3月份與7月份支架壓力平均值對比可得，工作面上部壓力明顯大于下部，并且隨著偽斜的增大，上部也壓力越大。當工作面偽斜太大時便會造成工作面上部壓力過大，頂板壓力顯現明顯，發生頂板破碎，煤壁片幫嚴重等對生產不利的現象。

3.3 上隅角有害氣體積聚增多

116103工作面采用“U”型上行通風方式，在工作面上隅角，極易積聚有害氣體，當偽斜越大時，上隅角氣體積聚區域面積也就相應增大，因此偽斜過大，不利于上隅角氣體治理。

4 如何布置和調整偽斜

綜上，可以得出工作面偽斜布置改善了工作面設備運行穩定性，尤其對控制工作面刮板輸送機“上竄下滑”有很好的效果，但是偽斜太大又會給工作面帶來不必要的問題。所以調整合適的偽斜，是影響設備運行效率以及生產效率的關鍵因素。從各方面分析，可以看出偽斜的大小對刮板輸送機的穩定性影響較大，所以平時偽斜的調整，一般根據刮板輸送機是否穩定來調整。在傾斜煤層中，一般在工作面設計切眼時就將工作面布置成機巷超前風巷的正偽斜，這樣即有利于工作面安裝，也有利于工作面初采初放時的采場控制。如果工作面開切眼未采用偽斜布置，或者開切眼布置的偽斜并不能控制刮板輸送機“上竄下滑”就要采取相應的方法進行調斜。

在回采過程中，如果采取2.2.1、2.2.2、2.2.3中的措施已無法控制刮板輸送機的上竄下滑，那么就要適當地調整工作面偽斜，如果刮板輸送機下滑，就需要加大偽斜，具體做法可以在機頭進刀，機尾不進刀；如果刮板輸送機上竄，就需要減小偽斜，在機頭不進刀，只進機尾[3]。

5 總結

①采用偽斜布置是降低工作面傾角的有效途徑，解決了綜采工藝在傾斜煤層中應用中面對的支架穩定性、刮板輸送機穩定性等諸多問題。②偽斜過大，對綜采工作面的開采效率、頂板控制、通風狀況會造成一定影響，所以在回采過程中要合理的控制偽斜。③采用合適的偽斜布置工作面，可以充分發揮綜采設備的優勢，提升了綜采工作面的效益。

參考文獻：

[1]李厚常.偽斜工作面綜采技術研究[D].西安科技大學，2009.

[2]孟偉峰，劉義新.偽斜布置在復雜不穩定煤層中的應用與探索[J].煤炭技術，2007.

[3]仝澤文，戶信堂.刮板輸送機上竄下滑現象分析及對策[J].煤炭科技，2007.endprint