急傾斜煤層綜采工作面回采工藝優化設計

徐經宙

(山西臨汾古縣西山鴻興煤業有限公司，山西 臨汾 042405)

引 言

在井下開采時，一般煤層傾角在12°以下時被認為是最佳傾角[1]，不會出現由于設備自身較重而出現設備下滑，在開采煤炭資源時，對出現的設備竄動、歪架等現象，通過不斷地完善和改進開采工藝進行解決。但是，如果出現煤層傾角大于12°時，就需要安裝防倒防滑裝置，不斷將回采工藝進行優化和完善。

1 工程概況

西山鴻興煤業某工作面煤層傾角最大為35°，工作面的傾斜長度為142 m～49.5 m，其中，急傾斜工作面的長度750 m～793 m，工作面的平均煤層厚度為5.25 m，煤礦總存儲量約46.8萬t，在對此工作面進行回采時，采用機械式方法進行開采，開采的高度為2.4 m，采用一采一放的形式，同時采用兩排單體液壓支柱的支護方式，整個開采所用到的機械設備有采煤機、液壓支柱、雙鏈刮板輸送機[2]，由于急傾斜煤層對巷道布置及設備都有一定的要求，因此，要優化改進工藝，以提高煤層的開采效率。

2 回采工藝優化設計

2.1 上下調整架溜

該工作面屬于急傾斜煤層，煤層的傾角較大，工作面整體走向變化也較大，采用分段定向施工方法掘進回風巷和運輸巷，由于回風巷和運輸巷的坡度較大，巷道中部有彎道，因此，在進行巷道掘進的過程中，要將綜采設備適當地進行上提或是下放[3]，確保工作面上的支架以及刮板輸送機等設備不會下滑到機巷，并且距離下出口沒有機架段的長度要小于2.5 m。

通過在現場的實際布置，要實現對工作面支架、刮板輸送機等設備的上提或下放，就需要通過調整支架的俯仰角來確保一致，同時根據下方相鄰支架的方向來控制上方活動支架的移動方向，如果要讓支架實現上提，則需要讓支架的前端向上仰，如果要讓支架實現下放，則需要讓支架的前端向下俯，支架的上提和下放示意圖,如圖1所示。

圖1 支架的上提和下放示意圖

支架上提的最大距離,如式(1)所示：

Δh=L×sinα

(1)

式中，L是支架推溜的步距，一般為600 mm；α是推拉桿的最大傾斜角，一般為10°。

將參數代入上式后可以得到支架上提的最大距離為104 mm。在巷道的坡度和方向變化較大時，就要根據變化的情況，適當地對支架的俯仰角進行調整，一般在開采前20 m處調整好，工作面每進一刀，支架的架溜上提量小于100 mm，架溜防滑的原理，如第103頁圖2所示。

圖2 架溜防滑原理

2.2 控制增減架

西山鴻興煤業某工作面受運輸巷斷面的影響，同時又有轉載機、破碎機、輸送機等設備，在工作面的長度發生變化后，要及時增減支架和中部槽，否則設備只能從回風巷進行運輸、安裝、撤出等操作，上出口也無法安裝上端頭支架[4]。為了確保在急傾斜工作面煤層上，作業人員的上、出口安全，降低工人的勞動強度，提高開采的效率，則需要縮短在工作面上、下出口處的無支架段長度，在上出口處，確保能及時安裝和撤出支架，且支架從頂部延伸到回風巷的下邊緣；在下出口處，調整支架和輸送機，使無支架段的距離小于2.5 m。

2.3 割煤控制

考慮安全因素及設備防滑和低負荷的要求，如果在上行時割煤，由于采煤機的阻力較大，負荷較重，容易出現采煤機跑車，從而造成設備損壞。因此對急傾斜工作面煤層實行上行跑空刀收浮煤，下行單向割煤。在一個班組收班時，要將采煤機停放在上出口處，并完成進刀工序，這樣的目的是確保對采煤機檢修時的安全，避免出現煤壁片幫傷人，同時完成推溜進刀作業，確保工作面的平直度，控制工作面的質量。

2.4 推溜移架順序

在進行下行割煤時，要滯后跟機移架，才能確保在割煤后頂板得到有效支護，從上到下進行移架，活動支架有一定的限位，防止支架下滑，在上行跑空刀時，要滯后跟機推溜，從上到下進行推溜，由于下方支架固定，推溜時輸送機一直處于下滑的狀態，由下到上進行推溜時，正好避免輸送機下滑。因此，采用上行推溜下行拉架的方式，可以很好地避免急傾斜工作面上設備的下滑。

2.5 推溜過程控制

對急傾斜工作面煤層的開采過程中，防滑千斤頂是基本的配套設備，在進行推溜時，要確保支架底座推拉桿上的防滑千斤頂處于受力狀態下，滿足在推拉桿方向上的支架推溜要求，以防輸送機不受力出現下墜。

2.6 拉架過程控制

在對工作面拉架的過程中，要提前將活動架上架的側護板收回，調架梁收回，下架的側護板伸出，調架梁千斤頂伸出，在移架時，給下方留有一定的限位，上方有一定的活動空間，讓支架在可以控制的范圍內活動。

在對工作面移架的過程中，要同時用到平衡千斤頂，以確保頂梁的水平度，在承壓下進行移架，防止頂板出現冒落、支架出現倒架的現象。在升架后，要使頂梁和頂板完全接觸，確保支架的初撐力以及阻力，從而控制煤壁和礦山壓力顯現，減少頂板冒落。如果頂梁是下俯或是上仰狀態，則頂梁和頂板是點或線接觸，會出現頂板斷裂現象，頂梁下俯或上仰對頂板的影響，如圖3所示。

圖3 頂梁下俯或上仰對頂板的影響

3 應用效果

應用上述優化的回采工藝，通過對該急傾斜工作面煤層的開采，選用正確的割煤、移架、推溜等作業，采取有效的設備防滑技術，確保工作面開采的安全高效。在試驗過程中，可以看出，安全開采條件得到很大地改善，工人勞動強度得以降低，平均月產量由0.55萬t提高到1.16萬t，采出率由82%提高到91%，可見，優化后的回采工藝取得了較好的經濟效益。

4 結論

針對急傾斜煤層容易出現設備下滑的問題，以西山鴻興煤業某工作面為研究對象，采用綜合機械化開采后，結果如下：

1)通過調整工作面的架溜，適當控制增減架，并對割煤、推溜、拉架和移架等工藝進行優化，將支架的下滑控制在一定范圍內。

2)現場實際應用表明，優化后的工藝使安全開采條件得到很大地改善，工人勞動強度得以降低，平均月產量由0.55萬t提高到1.16萬t，采出率由82%提高到91%，取得了較好的經濟效益。