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浅谈大倾角煤层工作面开采技术
■ 李晶辉 铁煤集团小康矿
■ 张泗洪 廉国华 铁煤集团大平矿
中图分类号：TD82
文献标识：A 文章编号：1006-7833(2009) 02-321-01
（4）改进工作面布置，轨道巷沿底掘进，运输巷直接布置在顶板岩层中。工作面机头、机尾各安装3架过渡支架，机头前3架过渡支架水平安装，第4架开始圆弧过渡，使工作面下段支架“倾斜-圆弧-水平”布置。 （5）两巷破顶（底）施工，严防采掘期间高帮片帮及回采时两出口管理困难。 （6）切眼施工时倾角、高度应控制一致。特别是切眼高度，不能出现大于或等于支架最大支撑高度的情况，超高会使支架安装后，接顶不实，难以升牢，不利于初期回采。 （7）切眼伪仰斜布置，为防止刮板输送机推移下滑，根据实践经验，当工作面倾角大于30°时，运输巷超前轨道巷10~12m，使机头与运输巷巷道中心线成85°夹角。 （8）采用机头预留1~1.5m底煤衬缓倾角；合理确定机头第1架过渡支架位置，以距运输巷上帮保留2m 煤垛为宜。煤垛段人工使棚，超前工作面4~6m，采用搪瓷溜槽与转载机搭接出煤；设计施工顶板走向钻场时，钻场底板与回采工作面顶板间要留够煤岩柱厚度，并采取措施防止漏冒事故的发生。 2．工作面设备选型配套 根据大倾角煤层综采特点，必须改变传统的“三机”选型设备配套理念，以支护系统的稳定性为设计核心。选用高强度、宽底座的液压支架和高阻力、大吨位的端头支架，全封闭的刮板输送机，牵引和制动力大、装煤效果好的采煤机。 （1）液压支架 根据力学分析可知：液压支架的的初撑和工作状态稳定性均优于自由状态，支架下滑和倾倒主要发生在降架移架时；支架的高度和宽度对下滑无影响，支架的高度（h ）和宽度（b ）对倾倒有影响，b/h值愈大，支架愈不容易倾倒；在工作状态，随支架重量增加，下滑和倾倒加剧；摩擦系数（μ）愈大，支架愈不容易下滑。 依据上述分析，基本支架选择宽型顶梁和底座，较大缸径立柱的液压支架；采用整体顶梁，双活大伸缩侧护板，加大侧推和调底千斤顶直径；使用高强度板材，尽量减轻支架重量；选用带有凹凸防滑面的顶梁和底座，控制和减少推移杆的自由度；控制支架高度，降低支架重心，提高单个支架稳定性；配大流量阀，实现快速移架。 （2）采煤机 采煤机性能首先要考虑爬坡和制动能力，牵引力大，制动可靠，爬坡能力达到50°，并切实解决停机稳定和采煤机的润滑系统可靠性问题；其次是装煤效果良好；再者，具备遥控操作、微机智能化监控、监测和保护系统及故障诊断功能，易于实现交互式人机对话和自动化。满足上述要求，宜选用牵引力大、爬坡能力强的大功率电牵引采煤机；多电机驱动，电机横向布置；交流变频调速无链双驱动，能够满足各种复杂地质条件下安全生产需要。 （3）刮板输送机 刮板输送机启动、制动、防滑性能良好，并能限制煤矸飞溅，确保运行稳定、安全可靠。实现以上目标，宜选用整体铸造槽帮双链刮板输送机；采用准边双链的链条布置形式；中部槽采用优质合金钢铸造底挡板、铲板槽与高强度耐磨中板组焊而成的整体结构，溜槽上带有可挂接防滑链的高强度耳座；刮板输送机封底；刮板输送机自身底板加装防滑钢筋棱条（40mm×20mm）；刮板输送机电机和减速系统垂直于机身布置；且宜选用加高挡板。 四、结语 全面突破难采煤层是提高煤炭资源采出率的关键。因此，应根据不同条件，分析大倾角煤层综采管理特点，研究工作面合理设计，并正确进行设备选型。并在均衡考虑所有对煤层有影响的因素，探索新的采煤方法和工艺，为煤炭企业的经营决策提供技术支撑和安全保障。 经过多年的摸索，我国基本上解决了设备的防倒防滑问题，并对工作面设计、设备选型配套、回采工艺、技术操作等均有一定深度地研究和有效的措施。 一、大倾角煤层的定义及开采基本特征 大倾角煤层是指埋藏倾角大于35°的煤层（35°是煤层开采过程中冒落矸石的自然安息角），其走向工作面开采具有以下基本特征： 1．工作面开采过程中，顶板的破断岩石（冒落矸石）不能在原地停留，而是沿工作面向下滚（滑），使工作面沿倾斜方向形成不均匀充填带（工作面下部填实，中部填满，上部悬空），影响沿工作面倾斜方向的矿山压力分布和顶板及上覆岩层的移动； 2．工作面底板向已成空间的移动加剧，变形和破坏的可能性增大。一旦底板出现破坏，就会产生（向下）滑移，而且破坏滑移区还会向上蔓延，造成底板的大范围失稳； 3．由于重力分量的作用，工作面支架和设备下滑、倾倒的可能性急剧增加，支护系统极易失稳； 4．构成工作面“顶板（Roof ）—支架和设备（Support ）—底板（Floor ）”的三个因素均具有远大于缓倾斜煤层开采时的失稳可能性，导致这类煤层开采时灾害性事故大量发生，产量和效益低下。 二、大倾角煤层综采存在问题 目前，国内比较成功的大倾角煤层综采，主要有：急倾斜厚或特厚煤层，改革巷道布置，工作面沿厚度方向水平直线布置，采用水平分层综采与水平分段综放；大倾角厚及中厚煤层，采用特种支架特殊措施全高综采。总体来看，厚或特厚煤层综放相对成熟。但大倾角厚及中厚煤层综采，除存在回采工效低、安全可靠性和经济效益差的弊端外，还存在如下问题： 首先，从主观思想观念上，对大倾角煤层综采技术的复杂性认识不足，还没有做到客观、公正、科学、合理地分析和处理问题，这是当前大倾角煤层综采的薄弱环节，必须要持续改进。 其次，在采煤方法选择上，对回采块段的生产技术条件的分析工作重视不够、考虑不周、论证不全，由此可能带来决策的盲目性。 再次，在设备选型配套上，过于简单化，单向思维的居多，注重防倒防滑辅助设施的配置，忽视提高与完善设备自身性能。 三、大倾角煤层综采工作面设计与设备选型 1．综采工作面设计 大倾角煤层，由于倾角处于倾斜上限和急倾斜下限之间，在地质、矿山压力、采煤方法、井下运输和回采机械化诸方面较缓倾斜有许多不同点和特殊性，加之倾角大，顶板控制复杂。因此，如何使综采工作面设计做到科学、合理、先进、可靠至关重要，优秀的设计是创建安全高产高效采煤队的基础，在设计上需要注意以下几点，才能实现安全高效开采的工作目标。 （1）调查分析拟采块段的生产技术条件，论证其是否具备条件，对满足或采取特殊措施符合条件的，就坚定不移地实施。 （2）切眼位置应避开地质构造带。同时，合理确定开采煤层顺序，关注断层性质和煤层（顶板）的节理与裂隙的发育（发展）方向与工作面采向之间的关系，避免应力集中、片帮掉顶或较大面积的冒顶。 （3）优化工作面几何尺寸，工作面长度以150~200m为宜，尽量等长布置。 摘 要 大倾角难采煤层采用综采是主要发展方向。由于大倾角煤层综采技术要求严、实施难度高、管理风险大，因此，要在技术和装备上不断摸索和试验，通过不断的实践和改进，加以完善与提高。 关键词 大倾角煤层开采 定义与特征 存在的问题 工作面设计与设备选型
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■ 李晶辉 铁煤集团小康矿
■ 张泗洪 廉国华 铁煤集团大平矿
中图分类号：TD82
文献标识：A 文章编号：1006-7833(2009) 02-321-01
（4）改进工作面布置，轨道巷沿底掘进，运输巷直接布置在顶板岩层中。工作面机头、机尾各安装3架过渡支架，机头前3架过渡支架水平安装，第4架开始圆弧过渡，使工作面下段支架“倾斜-圆弧-水平”布置。 （5）两巷破顶（底）施工，严防采掘期间高帮片帮及回采时两出口管理困难。 （6）切眼施工时倾角、高度应控制一致。特别是切眼高度，不能出现大于或等于支架最大支撑高度的情况，超高会使支架安装后，接顶不实，难以升牢，不利于初期回采。 （7）切眼伪仰斜布置，为防止刮板输送机推移下滑，根据实践经验，当工作面倾角大于30°时，运输巷超前轨道巷10~12m，使机头与运输巷巷道中心线成85°夹角。 （8）采用机头预留1~1.5m底煤衬缓倾角；合理确定机头第1架过渡支架位置，以距运输巷上帮保留2m 煤垛为宜。煤垛段人工使棚，超前工作面4~6m，采用搪瓷溜槽与转载机搭接出煤；设计施工顶板走向钻场时，钻场底板与回采工作面顶板间要留够煤岩柱厚度，并采取措施防止漏冒事故的发生。 2．工作面设备选型配套 根据大倾角煤层综采特点，必须改变传统的“三机”选型设备配套理念，以支护系统的稳定性为设计核心。选用高强度、宽底座的液压支架和高阻力、大吨位的端头支架，全封闭的刮板输送机，牵引和制动力大、装煤效果好的采煤机。 （1）液压支架 根据力学分析可知：液压支架的的初撑和工作状态稳定性均优于自由状态，支架下滑和倾倒主要发生在降架移架时；支架的高度和宽度对下滑无影响，支架的高度（h ）和宽度（b ）对倾倒有影响，b/h值愈大，支架愈不容易倾倒；在工作状态，随支架重量增加，下滑和倾倒加剧；摩擦系数（μ）愈大，支架愈不容易下滑。 依据上述分析，基本支架选择宽型顶梁和底座，较大缸径立柱的液压支架；采用整体顶梁，双活大伸缩侧护板，加大侧推和调底千斤顶直径；使用高强度板材，尽量减轻支架重量；选用带有凹凸防滑面的顶梁和底座，控制和减少推移杆的自由度；控制支架高度，降低支架重心，提高单个支架稳定性；配大流量阀，实现快速移架。 （2）采煤机 采煤机性能首先要考虑爬坡和制动能力，牵引力大，制动可靠，爬坡能力达到50°，并切实解决停机稳定和采煤机的润滑系统可靠性问题；其次是装煤效果良好；再者，具备遥控操作、微机智能化监控、监测和保护系统及故障诊断功能，易于实现交互式人机对话和自动化。满足上述要求，宜选用牵引力大、爬坡能力强的大功率电牵引采煤机；多电机驱动，电机横向布置；交流变频调速无链双驱动，能够满足各种复杂地质条件下安全生产需要。 （3）刮板输送机 刮板输送机启动、制动、防滑性能良好，并能限制煤矸飞溅，确保运行稳定、安全可靠。实现以上目标，宜选用整体铸造槽帮双链刮板输送机；采用准边双链的链条布置形式；中部槽采用优质合金钢铸造底挡板、铲板槽与高强度耐磨中板组焊而成的整体结构，溜槽上带有可挂接防滑链的高强度耳座；刮板输送机封底；刮板输送机自身底板加装防滑钢筋棱条（40mm×20mm）；刮板输送机电机和减速系统垂直于机身布置；且宜选用加高挡板。 四、结语 全面突破难采煤层是提高煤炭资源采出率的关键。因此，应根据不同条件，分析大倾角煤层综采管理特点，研究工作面合理设计，并正确进行设备选型。并在均衡考虑所有对煤层有影响的因素，探索新的采煤方法和工艺，为煤炭企业的经营决策提供技术支撑和安全保障。 经过多年的摸索，我国基本上解决了设备的防倒防滑问题，并对工作面设计、设备选型配套、回采工艺、技术操作等均有一定深度地研究和有效的措施。 一、大倾角煤层的定义及开采基本特征 大倾角煤层是指埋藏倾角大于35°的煤层（35°是煤层开采过程中冒落矸石的自然安息角），其走向工作面开采具有以下基本特征： 1．工作面开采过程中，顶板的破断岩石（冒落矸石）不能在原地停留，而是沿工作面向下滚（滑），使工作面沿倾斜方向形成不均匀充填带（工作面下部填实，中部填满，上部悬空），影响沿工作面倾斜方向的矿山压力分布和顶板及上覆岩层的移动； 2．工作面底板向已成空间的移动加剧，变形和破坏的可能性增大。一旦底板出现破坏，就会产生（向下）滑移，而且破坏滑移区还会向上蔓延，造成底板的大范围失稳； 3．由于重力分量的作用，工作面支架和设备下滑、倾倒的可能性急剧增加，支护系统极易失稳； 4．构成工作面“顶板（Roof ）—支架和设备（Support ）—底板（Floor ）”的三个因素均具有远大于缓倾斜煤层开采时的失稳可能性，导致这类煤层开采时灾害性事故大量发生，产量和效益低下。 二、大倾角煤层综采存在问题 目前，国内比较成功的大倾角煤层综采，主要有：急倾斜厚或特厚煤层，改革巷道布置，工作面沿厚度方向水平直线布置，采用水平分层综采与水平分段综放；大倾角厚及中厚煤层，采用特种支架特殊措施全高综采。总体来看，厚或特厚煤层综放相对成熟。但大倾角厚及中厚煤层综采，除存在回采工效低、安全可靠性和经济效益差的弊端外，还存在如下问题： 首先，从主观思想观念上，对大倾角煤层综采技术的复杂性认识不足，还没有做到客观、公正、科学、合理地分析和处理问题，这是当前大倾角煤层综采的薄弱环节，必须要持续改进。 其次，在采煤方法选择上，对回采块段的生产技术条件的分析工作重视不够、考虑不周、论证不全，由此可能带来决策的盲目性。 再次，在设备选型配套上，过于简单化，单向思维的居多，注重防倒防滑辅助设施的配置，忽视提高与完善设备自身性能。 三、大倾角煤层综采工作面设计与设备选型 1．综采工作面设计 大倾角煤层，由于倾角处于倾斜上限和急倾斜下限之间，在地质、矿山压力、采煤方法、井下运输和回采机械化诸方面较缓倾斜有许多不同点和特殊性，加之倾角大，顶板控制复杂。因此，如何使综采工作面设计做到科学、合理、先进、可靠至关重要，优秀的设计是创建安全高产高效采煤队的基础，在设计上需要注意以下几点，才能实现安全高效开采的工作目标。 （1）调查分析拟采块段的生产技术条件，论证其是否具备条件，对满足或采取特殊措施符合条件的，就坚定不移地实施。 （2）切眼位置应避开地质构造带。同时，合理确定开采煤层顺序，关注断层性质和煤层（顶板）的节理与裂隙的发育（发展）方向与工作面采向之间的关系，避免应力集中、片帮掉顶或较大面积的冒顶。 （3）优化工作面几何尺寸，工作面长度以150~200m为宜，尽量等长布置。 摘 要 大倾角难采煤层采用综采是主要发展方向。由于大倾角煤层综采技术要求严、实施难度高、管理风险大，因此，要在技术和装备上不断摸索和试验，通过不断的实践和改进，加以完善与提高。 关键词 大倾角煤层开采 定义与特征 存在的问题 工作面设计与设备选型
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