傾斜厚煤層綜采工藝探討及應用

李文斌

（山西省陽泉市陽煤集團安全監察局，山西 陽泉 045000）

引 言

在我國的能源消費結構中，煤炭所占的比例達到60%以上，隨著機械制造技術及開采水平的不斷提高，我國大部分的煤層已經實現了機械化開采，但是對于傾斜厚煤層來說，機械開采技術的發展還比較緩慢。由于社會需求的增大，淺部煤炭資源的開采已經遠遠不能滿足生產生活的需要，在這種情況下，深部煤炭資源的開采已經迫在眉睫。在進行深部煤炭資源開采時，由于煤層地質條件復雜、煤層厚度增加以及地應力增大等問題，開采的難度逐漸加大，難以實現高效的產出及運輸，因此針對深部煤炭資源開采過程中存在的問題，對傾斜厚煤層的開采工藝進行了分析研究，并提出了相應的改進措施，以實現礦井的安全高效開采，保證井下生產的正常進行。

1 礦井概況

以某煤礦為例，該礦煤質較好，灰分較低、熱量值較高，有害元素含量較少。煤層的埋藏深度在700m～1 200m，煤層厚度為3.6m～6.5m，其工作面的頂板主要由細砂巖、粉砂巖以及泥巖等組成，巖性較穩定。而工作面的底板則包括泥巖和砂質泥巖，厚度最小為1m，巖性不穩定。整個采區呈現由北向西的傾斜構造，煤層傾角在29°～32°，并伴隨有少部分的斷層出現，且該區域內瓦斯含量較低，雖然存在煤塵爆炸的危險，但屬于不易自燃煤層。此外該采區附近的地應力較大，在進行巷道支護時成本較高，難度較大。

2 開采工藝的選擇

由該采區的開采情況可知，煤層的開采厚度在3.6m～6.5m，平均厚度為4.7m，為了更好地對該煤層進行開采，提出了三種綜采方案：分層開采、放頂煤開采和一次采全高。分層開采自20世紀70年代試驗成功后就得到了廣泛的應用；而綜采放頂煤在80年代后也得到了極大的發展，不僅生產效率高，能耗低，而且掘進的巷道數少；對于一次采全高來說，在開采條件適當時大多數礦井都會選擇該工藝，但由于該礦的埋藏深度、傾斜角度以及煤層厚度較大，井下開采時需要的資金、人員投入等較高，井下機械設備的選型以及液壓支架的防倒防滑比較困難，因此通過分析可得，應采用一次采全高和分層開采相結合的綜合機械化開采工藝，當開采高度小于4m時，采用一次采全高；而當大于4m時，則采用分層開采。

3 開采工藝的過程

3.1 割煤

在工作面回采期間，首先進行的是割煤作業，其中一名司機負責對采煤機前滾筒的割煤及頂板情況進行觀察，而另外一名司機則負責觀察后滾筒的割煤情況，以對煤層的開采高度進行控制。該礦工作面采煤機在進行采煤時前后兩個滾筒遵循“左逆右順”的規律，且采煤機的運行速度為1min前進2m～3m，每次進刀的深度為0.6m。

3.2 裝煤

該工作面在進行煤炭裝載作業時，利用交流電動機來帶動采煤機的滾筒葉片進行動作，并配合使用刮板輸送機，利用輸送機靠煤壁一側的鏟煤板進行裝煤，以實現煤炭的裝載。

3.3 運煤

在進行煤炭的運輸時，工作面利用的是刮板輸送機，同時與該刮板輸送機配套使用的是橋式轉載機以及帶式運輸機。

3.4 頂板支護

為了保證頂板情況良好，必須進行有效的支護，其中工作面所使用的液壓支架為ZY3400／6.5／14型，并在工作面的前后兩端使用支撐掩護式液壓支架。一旦圍巖應力較大時，在原來巷道支架的位置處應設置中柱以加強支護，此外當端頭支架與工作面支架之間的距離超過0.5m時，采用邁步抬棚進一步加強端頭支護，并打好斜柱。

3.5 移架與推移刮板輸送機

該工作面所采用的移架方式為追機移架，每次支架推進的距離為0.6m，垂直下降的距離不大于0.1m，相鄰的兩個支架不能同時進行下降，且相鄰支架的距離不能大于0.2m。在移架時，首先應將采煤機及刮板輸送機停機，同時移動第1架，然后相繼移動第2架與第3架，直至所有的支架移動完成。當支架移動完成后，推移刮板輸送機，每次移動的距離為0.6m。

4 開采工藝的優化

4.1 采煤工藝優化

在進行工作面開采的過程中，原有的作業方式為采煤機割煤、裝煤以及推溜的工序同時進行，該方式雖然可以實現煤炭的正常裝運，但在實際應用過程中，容易使鏟煤板鏟起的煤不能順利運走，而堆積在煤壁附近，或者落到溜槽下方，導致推溜不到位以及切割頂板，為了改善這種狀況，將原來的作業方式進行了改進，具體措施為：先進行采煤機割煤與裝煤的工序，然后將采煤機關閉，開啟刮板輸送機，進行推溜作業。此外由于地質條件的復雜性，刮板輸送機的使用范圍受到了限制，因此對于一些起伏較大的區域，應進行人工輔助裝煤，提高煤炭資源的利用率［1］。

4.2 移架及防滑措施優化

為了保證液壓支架支護的強度以及支架的穩定性，對液壓支架進行了優化改進。具體表現在：對于工作面液壓支架而言，在進行拉架作業時，應首先將支架的伸縮梁伸起，使之與煤壁緊密接觸，同時將相鄰支架的側護板撐開，進行帶壓擦頂作業，以防止液壓支架之間的相互擠壓，并根據工作面傾角的變化調整刮板運輸機的移動方向，避免上移或者下滑。而對于端頭支架而言，由于支架伸縮梁的前端沒有煤壁，因此支架傾倒和翻轉的問題更加突出，為了改善支護狀況，在進行拉架作業時，將一根單體支柱斜向上打到了支架頂梁的附近，以支撐支架，并消除一部分的下滑力，此外對于最下方的端頭支架來說，在移架時應采取千斤頂對支架進行控制，以提高支架的穩定性和安全性［2］。

4.3 順槽設備防滑措施優化

工作面煤層傾角較大時，不僅會對液壓支架造成影響，也會給順槽運輸設備的使用帶來不便，為了解決這個問題，在轉載機附近采取了相應的改進措施。在轉載機的兩側增設了錨固裝置，該裝置是由高強錨桿組成的，且錨固方向沿著底板的傾向進行，并利用鋼絲繩將轉載機固定在錨桿上，錨桿之間的距離與刮板輸送機每次的推移距離是一致的，此外還將轉載機的機尾與端頭支架進行連接，以對轉載機進行固定，避免被拉跑。

4.4 防煤壁片幫措施優化

在對傾斜厚煤層綜采工作面進行開采時，煤壁會發生片幫的現象，有的甚至達到了1.5m的深度，為了解決該問題，在容易發生片幫的區域增設了二級護幫裝置的液壓支架，并在每節刮板運輸機的中部槽上設置了擋煤板，除了對采煤機以及刮板運輸機的工作狀況進行觀察外，該擋煤板應保持時刻升起的狀態；其次采煤機割煤后，在落后于采煤機2架液壓支架的位置處立馬進行擦頂移架作業，并及時打開護幫板，若片幫嚴重，則使用千斤頂將第一段護幫板向上翻轉，以起到臨時支護的作用；同時對煤壁進行加固，采用木質錨桿或者膨脹水泥尼龍繩錨桿等控制煤壁的片幫；此外一旦工作面的機械設備發生故障時，應在事故發生位置上方20m處安排專門的工作人員對煤矸滾落情況進行觀察，并在5m的位置處設置擋矸板，避免煤矸傷人［3－4］。

4.5 架腳煤清理措施優化

工作面煤炭在進行開采時，破落下的煤塊經常會滾落到液壓支架的架腳處，從而影響支架的正常移動，并造成了煤炭資源的浪費，為了解決這個問題，對架腳煤的清理進行了改進：首先分區域清理架腳煤，提高作業效率，其中分段的距離以架腳走向擋矸設施為界限；其次在分段清理之前，要從上向下刨掉煤壁的傘檐，并將斷層以及溶洞內的矸石敲落，以免對擋矸設施造成破壞；同時為了提高煤炭資源利用率，可暫時掀起刮板運輸機上的防護網，以進行煤炭的裝運，裝完之后要及時將防護網恢復原態。

5 優化效果分析

通過對工作面采煤工藝進行優化可以發現，該采煤工藝在礦井中的應用效果良好，不僅實現了當月煤產量由15萬t增加到了18萬t，且實現了工作面的安全順利生產，在提高經濟效益的同時，提高了井下的產量以及噸煤的功效，此外煤礦開采過程中機械事故以及人員傷亡事故發生的可能性大大降低，不僅保證了工人的生命安全，同時減輕了工人的負擔以及維修作業量。

6 結語

目前，大采高綜合機械化開采工藝在傾斜厚煤層的應用中可供借鑒的經驗不多，且由于地質條件的復雜性以及開采工藝的限制，在進行礦井的安全高效生產時仍然存在著許多問題。針對這些問題，進行了上述優化改進，確定了該礦的開采工藝以及開采工藝的過程，并通過改變采煤機裝載以及推溜的順序、將移架的方式改為“帶壓擦頂”作業、增設單體支柱、千斤頂以及擋煤板等，提高了采煤作業的安全性，增強了企業的開采效率，不僅實現了開采的順利進行，而且實現了工作面的綜采一次采全高，為其他礦井在類似開采條件下進行高效采煤提供了借鑒和參考。