大傾角綜采面工藝技術(shù)分析及應(yīng)用

魏甘霖

(潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)，山西 長(zhǎng)治 046000)

引 言

大傾角綜采面由于設(shè)備的穩(wěn)定性差、安全性低等問題，使得開采難度較大，目前對(duì)大傾角采煤工藝的研究也較多，相比小傾角的煤層，大傾角的開采長(zhǎng)度和推進(jìn)長(zhǎng)度都比較短，在復(fù)雜煤層中不適用綜合機(jī)械化設(shè)備進(jìn)行開采，還有很多技術(shù)難題丞待解決，因此，需要技術(shù)人員不斷進(jìn)行工藝改進(jìn)，重視創(chuàng)新及自主開發(fā)，利用長(zhǎng)壁采煤以及放頂煤采煤等多種技術(shù)手段，提高機(jī)械化設(shè)備的水平和開采效率，實(shí)現(xiàn)井下開采的高產(chǎn)高效。

1 大傾角綜采面開采難題

1.1 理論基礎(chǔ)不強(qiáng)

影響采場(chǎng)壓力的一個(gè)重要因素是煤層的傾角，傾角對(duì)頂板的壓力影響，如圖1所示。上覆煤層的切向力Q2隨煤層傾角的增大而增大，而垂直壓力Q1隨煤層傾角的增大而減小。采空區(qū)頂板上冒落的煤矸石沿底板滾動(dòng)到工作面上，從而在煤層傾斜的方向上形成一條不均勻的充填帶，充填帶的下部密實(shí)，中部均勻，上部懸空，使工作面傾斜方向上的壓力分布以及煤層的運(yùn)動(dòng)都發(fā)生相應(yīng)變化[1]。地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也會(huì)對(duì)煤層的頂?shù)装逶斐珊艽蟮挠绊?，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，容易出現(xiàn)冒落，由于我們對(duì)大傾角煤層壓力規(guī)律的研究和探索還在處在初級(jí)階段，對(duì)圍巖控制以及采煤工藝的設(shè)計(jì)還是建立在傾斜煤層的研究成果上，對(duì)大傾角煤層的安全開采有一定的阻礙。

圖1 傾角對(duì)頂板壓力的影響

1.2 采煤方法落后

對(duì)于急傾斜的厚煤層采用放頂煤技術(shù)，可以使用綜采設(shè)備來根據(jù)煤層地質(zhì)條件選取合適采煤方法，而大傾角的煤層開采要實(shí)現(xiàn)機(jī)械化就需要選擇更高效的方法，由于大傾角煤層的開采難度較大，要實(shí)現(xiàn)安全高效的開采，就需要加強(qiáng)研究生產(chǎn)工藝過程與回風(fēng)巷道布置之間的相互關(guān)系。

1.3 設(shè)備穩(wěn)定性差

由于大傾角煤層的傾角太大，在采煤過程中很難對(duì)設(shè)備進(jìn)行穩(wěn)定控制，常常會(huì)出現(xiàn)采煤機(jī)無法爬坡，使?jié)L筒裝煤效果變差；液壓支架在刮板輸送機(jī)的帶動(dòng)下出現(xiàn)整體下滑趨勢(shì)，且輸送機(jī)的機(jī)頭不能與轉(zhuǎn)載機(jī)的機(jī)尾進(jìn)行有效連接，使輸送機(jī)及采煤機(jī)各連接件的工況變差；液壓支架出現(xiàn)各種滑、倒、咬現(xiàn)象，難以進(jìn)行重新復(fù)位，工作面難以進(jìn)行開采，機(jī)械化設(shè)備被壓死，影響生產(chǎn)，存在很大安全隱患。

由于大傾角煤層的開采存在上述多方面的問題，且綜采設(shè)備很難適應(yīng)大傾角煤層的復(fù)雜變化，因此，要對(duì)大傾角煤層的開采工藝及設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保機(jī)械化的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)安全高效的開采。

2 大傾角綜采面開采關(guān)鍵技術(shù)

2.1 大傾角煤層圍巖控制技術(shù)

根據(jù)大傾角煤層的相關(guān)基礎(chǔ)理論，設(shè)計(jì)多種大范圍煤層圍巖控制方法[2]，在開采過程中，進(jìn)行多區(qū)段的開采，采用柔性比較強(qiáng)的高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)，適當(dāng)削弱每個(gè)區(qū)段內(nèi)煤柱的作用，在上個(gè)區(qū)段采動(dòng)完成后，當(dāng)前區(qū)段的煤層與上覆煤層一起形成一個(gè)大工作面，從而進(jìn)行采動(dòng)作業(yè)，讓工作面上部充填不均勻和懸空的區(qū)域轉(zhuǎn)到上個(gè)區(qū)段的采空區(qū)，以延長(zhǎng)當(dāng)前工作面的充填長(zhǎng)度，為機(jī)械化綜采設(shè)備的穩(wěn)定創(chuàng)造條件。

2.2 大傾角煤層相關(guān)布置技術(shù)

由于大傾角煤層的傾角較大，依據(jù)陡坡緩沖的原理，根據(jù)上覆煤層的活動(dòng)規(guī)律，在對(duì)工作面進(jìn)行推進(jìn)的過程中，為了使工作面整體上移，采用偽仰斜的方法布置工作面[3]，如圖2所示，進(jìn)行偽仰斜布置的具體做法是：讓機(jī)頭超前機(jī)尾5°～9°，且超前距離為10 m～21 m，以確保支架和輸送機(jī)等設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)下滑，如果出現(xiàn)下滑，及時(shí)調(diào)整機(jī)頭超前位置，消除相應(yīng)的下滑量，減小工作面的傾斜角度，使工作面上的支架和其他機(jī)械設(shè)備的下滑趨勢(shì)都有所降低，加強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖2 工作面?zhèn)窝鲂辈贾檬疽鈭D

同時(shí)，采用非線性的頂板—降坡—底板布置方式，如圖3所示。有效地改善工作面的支架難穩(wěn)定情況，防止機(jī)械化設(shè)備的下滑，簡(jiǎn)化工作面支護(hù)與輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)的配合連接，確保工作面的安全開采，為下一區(qū)段的開采提供條件。

圖3 工作面布置方式

2.3 大傾角煤層工藝控制技術(shù)

對(duì)大傾角煤層的采煤工藝進(jìn)行控制，采用支架工作阻力分區(qū)域的控制技術(shù)[4]，如圖4所示。以支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制為核心，按照上部少中部足下部多的區(qū)域放頂煤控制方法，解決工作面上部?jī)A斜區(qū)域支架載荷分布不均勻的問題，以及工作面空頂率較高的問題，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

圖4 支架工作阻力分區(qū)域控制技術(shù)

3 應(yīng)用分析

在某煤礦的大傾角煤層中進(jìn)行綜合化機(jī)械開采，開采工作面屬于大傾角特厚煤層，煤層厚度為7.83 m～17.04 m，平均厚度為9.98 m，煤層傾角為28°～47°，平均傾角為37°，采用多區(qū)段的開采方式，煤層的中上區(qū)段已經(jīng)采空，在工作面內(nèi)形成了大范圍的多區(qū)段巖層，應(yīng)用上述的支架工作阻力分區(qū)段控制方法，提高了工作面的放頂煤采出量，同時(shí)在區(qū)域圍巖控制條件下，對(duì)工作面的長(zhǎng)度進(jìn)行柔性調(diào)整，簡(jiǎn)化了工作面增減支架的工序，加快了工作面的推進(jìn)，為提高工作面采煤量創(chuàng)造條件。在采用上述技術(shù)進(jìn)行開采后，工作面的產(chǎn)量達(dá)到60 萬t～120 萬t，且未發(fā)生安全事故。

4 結(jié)語

為了解決大傾角煤層開采難度大、設(shè)備穩(wěn)定性差等問題，給出大傾角煤層開采過程中的技術(shù)難題，針對(duì)這些難題，給出開采的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)果如下：

1)通過煤層圍巖控制技術(shù)進(jìn)行多區(qū)段開采，延長(zhǎng)工作面充填長(zhǎng)度，采用偽仰斜的方法及非線性的布置方式，改善支架等設(shè)備的穩(wěn)定性，采用支架工作阻力分區(qū)域的控制技術(shù)，提高系統(tǒng)安全性。

2)在某礦井中特厚煤層中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，工作面的產(chǎn)量達(dá)到60萬t～120萬t，且未發(fā)生安全事故。