復雜耦合條件下大角度俯采技術

康 樂

（霍州煤電集團有限責任公司辛置煤礦山西霍州 031412）

綜采工作面大角度俯采由于俯采角度大，影響了回采過程中設備維護保養和施工工藝組織，同時工作面配套“三機”因受俯采角度限制，在回采過程中頻繁出現事故，嚴重制約生產組織及安全管理，導致綜采工作面大角度俯采至今仍是一個困惑采煤界的技術難題。根據綜采技術設備設置參數分析，俯角0°～12°工作面回采符合綜采設備正常操作，隨著工作面俯角不斷增大，回采過程中三個主要工序：割煤、推溜、拉架，會因俯采角度較大而帶來技術管理難度增大，并且工序間相互制約，對工作面的安全和產量產生嚴重的影響，致使生產局面被動。辛置煤礦開采煤層10#煤，直接頂為9#煤、泥巖，均厚3.1 m，老頂為k2灰巖，均厚8.2 m，直接底為砂質泥巖，均厚0.8 m，老底中-細砂巖，均厚7.5 m；所回采的10-428C 工作面煤層結構復雜、含兩層或三層夾矸，煤層均厚2.6 m，存在切巷傾向傾角大，工作面過斷層頂板破碎及液壓支架嚴重老化的復雜條件，開采所用主要設備為MGTY250/600-1.1WD型雙滾筒電牽引采煤機、ZY3300/16/33 型液壓支架、SGZ-764/315×2 型中雙鏈可彎曲刮板輸送機、SZZ-764/132轉載機。

1 概況

10-428C 回采工作面已安裝完畢，各生產系統已全部形成，工作面在140#～143#支架處揭露（F1H=2.4 m∠48°）正斷層，斷層走向N37°W，在機尾回風巷處揭露（F2H=3.6 m∠67°）正斷層，斷層走向N24°W，影響工作面正常推進。工作面切巷長度230 m，工作面煤層傾向平均傾角11°，局部最大角度19°，運輸順槽長度748 m，軌道順槽長度944 m，巷道平均俯采角度16°，局部最大俯采角度達20°。其中1#～10#架段平均傾角16°；10#～5#架段平均傾角10°；25#～40#架段平均傾角19°；50#～62#架段平均傾角10°，104#～130#架段平均傾角11°，130#～154#架段平均傾角15°。工作面運輸順槽與軌道順槽最大落差處52 m。工作面在回采過程中同時面臨工作面大角度俯采、煤層傾向傾角大、工作面過斷層頂板破碎、支架老化等復雜條件。

2 生產期間施工工藝

2.1 施工工藝改變情況

（1）改變采煤工藝。采煤機進刀方式由原先的端部斜切進刀改為中部斜切進刀，保持推移回采溜子時始終從機尾向機頭方向進行頂溜，同時拉架過程中進行靠架操作及時調整支架架間間隙，改變支架方向等，防止支架出現倒架、咬架等問題。

（2）工作面調斜。當工作面傾俯角較大時輸送機會下滑，造成輸送機與轉載機搭接不上，輸送機運行過程中出現拉回煤現象。工作面偽斜角度應根據兩巷導線點標高情況進行調整，通過調斜公式計算可得回采機尾超前22 m較為合理，由于工作面兩巷標高最大錯差45 m～52 m，根據現場經驗及理論計算下端頭超前距離控制在30m 左右較為合適，同時在推進過程中根據現場回采變化情況隨時進行調整。工作面偽斜布置同時能減緩煤矸石下滑速度，防止煤矸石沖倒支架和砸傷人員。

（3）調整拉架方向。在工作面進行調斜和改變采煤工藝基礎上，如輸送機仍沒有向上移動趨勢可適當調整工作面支架方向，使支架推移梁向機頭方向傾斜2°～3°，推移輸送機過程中支架給輸送機以向上分力，促使輸送機向機頭方向移動，推移方向保持由回采機尾向回采機頭方向。

（4）回采溜槽上打壓柱。當輸送機下傾角度較大有側翻危險時必須人工進行吊溜操作，將回采傾斜角度控制在合理角度內；為保證支架底座與輸送機在同一平面避免輸送機被推翻，在頂溜前每隔5 架在推移梁與回采溜槽連接處打單體柱壓住回采溜槽，單體柱一端支設在支架頂梁，另一端支設在推移梁與溜槽連接處。

（5）底板臺階式俯采輔以人工臥底。局部俯采角度增大時，為減緩采煤機在回采過程中實際俯角，提高采煤機工作時穩定性，工作面采用小臺階推進嚴格控制采高，始終保持留有適當底煤，煤層傾角控制在16°內，為避免工作面破頂影響頂板管控需要提前對工作面進行破底，同時控制減小采煤機截深。

（6）支架防倒措施。支架受自重影響，會出現“栽頭”、“歪斜”現象。主要采取的措施有：支架初撐力達標，接頂嚴實，禁止出現支架頂梁上方空頂現象；割煤過程中，頂板割平，控制支架與支架間前梁空隙或支架錯差符合規定。

2.2過斷層施工工藝

（1）揭露斷層處為泥巖且巖石較軟

施工工藝：拉架→割煤→移溜→拉架→清理浮煤

（2）揭露斷層處為砂質泥巖、泥巖且巖石較硬

施工工藝：敲幫問頂→瓦檢→打眼→瓦檢→裝藥→瓦檢→灑水→連線爆破→瓦檢→灑水→拉架→清理大塊矸石→割煤→推溜→拉架→清煤

3 設備改進情況

3.1 刮板輸送機防滑

煤層傾角大于18°時安裝防滑千斤頂，每隔6 m裝設于支架底座一個拉拽錨固千斤頂錨固機槽，推移輸送機時千斤頂處于拉緊狀態，但推移千斤頂推力大仍能使輸送機前移但不下滑，移架時防滑千斤頂松開，移架后仍處于拉緊狀態。

圖1 刮板輸送機防滑裝置

3.2 液壓支架防倒防滑

（1）拉架操作管理。拉架時采取先將支架伸縮梁伸出頂住煤壁，同時將相鄰支架緊靠在一起，然后再采取帶壓移架措施，移架的同時慢慢收伸縮梁，制止支架前傾。拉架過程中堅持追機作業，依次帶壓拉架，如工作面拉架、推溜困難時，為防止支架拉架滯后可適當減小進刀截深，避免支架前方空頂。

（2）單體柱輔助靠架。由于工作面支架老化，支架護幫板不能正常使用，推進過程中為避免支架間隙大架間漏矸、支架倒架，需使用單體柱輔助靠架。靠架過程中單體柱傾斜于機頭方向支設在支架前梁上，降架拉架過程中同時對單體柱緩慢注液，單體柱給支架以傾斜分力，使支架從機尾方向向機頭方向靠架。

（3）支架上方鋪網。工作面受斷層影響，部分區域頂板破碎嚴重，對于局部頂板破碎嚴重區域，需補打錨桿、錨索，加強支護；頂板冒落超過30cm時進行構頂作業，保證支架接頂嚴實。在頂板漏矸嚴重區域支架上方鋪設菱形金屬網，金屬網上支架后隨支架前移向后移動，支架上方金屬網能有效避免支架架間漏矸，支架后方金屬網一方面防止老山頂板垮落矸石沖擊支架，一方面避免矸石向前竄矸。

（4）增設防滑裝置。煤層傾角和俯角較大時，支架增設防滑裝置，防滑裝置如圖所示，在靠近上下平巷處分別設標準支架作為防滑和錨固用，各支架用導軌-滑槽連在一起互為導向和防滑，同時用防倒千斤頂將支架互相拉在一起，用于防倒和一旦倒架時扶架，一般支架為三架一組相互導向。移架時不使用拉架-推移輸送機千斤頂，而是先由左右兩架將中問支架推出，待中問支架撐緊后再移上架最后移下架。支架組與組之間的移設順序由下向上，端頭支架一般水平裝設于上下平巷內并有可靠錨固裝置。

圖2 支架防倒防滑裝置安裝及使用效果圖

3.3 采煤機防滑

（1）對采煤機平面滑靴進行改造。由于工作面俯角大，為減緩采煤機向煤壁傾倒的趨勢，對采煤機平面滑靴進行改進，將平滑靴底板加高，適度地抬高了煤壁側的機身，使采煤機的機身向采空側旋轉一定角度，可彌補因俯采和平面滑靴磨損后導致的采煤機傾斜，減輕導向滑靴的磨損。根據采煤機平面滑靴與導向滑靴間距及傾斜角度計算可得，當俯采角度達到20°時平面滑靴加厚7 mm，即可使采煤機傾角減小1°。

（2）對采煤機導向滑靴進行改造。為提高導向滑靴強度，在導向滑靴老山側內側焊接耐磨層，見圖3。改造后使導向滑靴整體強度顯著提高，延長了導向滑靴的使用壽命，降低更換導向滑靴的頻率。

圖3 導向滑靴改進效果及現場應用示意圖

（3）在采煤機采空區一側增加配重，用以調整采煤機的重心，在俯采期間適當調整采煤機的重心到采空側，在一定程度上降低采煤機的傾斜角度。

4 實施效果

經過生產工藝改變和設備操作改進后，工作面圓班生產最大達4.5刀煤，完成了傾向工作面俯采角度達到20°的回采任務，避免工作面棄面或重新布置切眼造成的煤炭資源損失，實現了開采復雜賦存條件下增加煤炭儲量20萬t，產生直接經濟效益8 000萬元。

5 結束語

綜上所述，本文介紹了綜采工作面在大角度俯采、煤層傾向傾角大，過斷層頂板破碎及液壓支架嚴重老化等復雜條件，在不更換原有裝備的情況下，結合工作面實際情況及現有設備配備情況，通過對現有設備及生產工藝、設備操作進行適當改進，減少機電事故的發生，保證生產組織順利進行，實現傾向工作面俯采角度達到20°的綜合機械化安全開采，有效提高了生產效率和煤炭資源回收率，避免了煤炭資源浪費。