大傾角特厚煤層走向長壁綜采放頂煤采煤方法研究

　　大傾角特厚煤層走向長壁綜采放頂煤采煤方法研究

　　在煤層傾角30～43°，平均36°，厚度23～27m，平均25m，自然發(fā)火期3～6個月，普氏硬度系數(shù)1～1.3的煤層條件下，通過優(yōu)化工作面設(shè)計(jì)和合理的設(shè)備選型，實(shí)現(xiàn)了高瓦斯大傾角煤層放頂煤開采。本文主要介紹了新疆大黃山豫新公司大黃山煤礦在大傾角采煤方法下管理方面的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)新點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，并對該技術(shù)的難點(diǎn)進(jìn)行了理論分析和實(shí)踐檢驗(yàn)分析總結(jié)。

　　[關(guān)鍵詞]高瓦斯;大傾角;厚煤層;長壁綜放;開采技術(shù)

　　一、礦井及工作面基本情況

　　大黃山煤礦淺部(+600水平以上)開采，現(xiàn)礦井布置東西翼兩個綜采工作面，擁有儲量1.6億t，井田面積4.5km2,主采煤層煤中大槽、八尺槽兩層，煤層賦存為大傾角(30°-43°)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬噸/a，核定生產(chǎn)能力100萬噸/a，實(shí)際最高年產(chǎn)104萬t，本文主要介紹礦井西翼中大槽大傾角綜放開采技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。中大槽開采方法以水平分段綜采放頂煤開采技術(shù)為主，回采工作面單產(chǎn)水平6-9萬t/月·個，是典型的中型礦井布置。為了實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效化生產(chǎn)，大黃山煤礦通過優(yōu)化工作面設(shè)計(jì)和合理的設(shè)備配套選型，解決了三機(jī)防倒、防滑問題，在傾角43°，平均厚度25m煤層條件下，實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化放頂煤開采，工作面最高單產(chǎn)達(dá)到9萬t/個·月，回采率達(dá)87.4%。這種集大傾角、大采高、特厚易燃等多種復(fù)雜性于一體的綜放開采技術(shù)目前在新疆大黃山煤礦得到解決。

　　大黃山煤礦+735綜放工作面回采中大槽層煤，煤層屬單斜構(gòu)造，傾角30～43°，平均36°，厚度23～27m，平均25m，普氏硬度系數(shù)1～1.3。中大槽煤層頂板巖性為細(xì)砂巖、中砂巖、粉砂巖、泥巖，局部有0.2～0.5m厚的炭質(zhì)泥巖偽頂;直接頂為8.0m厚的粉砂巖，在直接頂之上有22～52m厚的砂礫巖，不易冒落，頂板細(xì)砂巖抗壓強(qiáng)度為64.23MPa，屬較堅(jiān)硬巖石，底板為泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖，粉砂巖抗壓強(qiáng)度在20.20MPa，屬半堅(jiān)硬巖石，細(xì)砂巖抗壓強(qiáng)度在61.1MPa，屬堅(jiān)硬巖石。工作面巷道布置采用回風(fēng)巷沿煤層底板(破北三角巖)布置，運(yùn)輸巷沿煤層頂板布置，瓦斯排放巷沿頂板在煤層內(nèi)布置，工作面沿煤層傾斜分層布置，運(yùn)輸巷與工作面通過圓弧緩慢過渡接連，工作面長101m?；局Ъ苓x用ZF5200/17/32型液壓支架;上、下端頭均采用ZT56000/17/32型過渡支架支護(hù)。采煤機(jī)選用MG-200/500-QWD型交流變頻調(diào)速四象限電牽引采煤機(jī)，前后部運(yùn)輸機(jī)均為SGZ730/200型準(zhǔn)邊雙鏈刮板輸送機(jī)運(yùn)輸，配套設(shè)備均選用國產(chǎn)設(shè)備。由于工作面煤層賦存條件、巷道布置及設(shè)備配備的特殊性，對工作面勞動組織管理、設(shè)備管理及工程質(zhì)量、安全生產(chǎn)管理的要求更高;因此，高瓦斯大傾角厚易燃煤層長壁綜放開采工作面高產(chǎn)、高效的最佳生產(chǎn)管理方式，對于保障大傾角厚易燃煤層長壁綜放開采技術(shù)的安全生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)管理創(chuàng)新、總結(jié)管理經(jīng)驗(yàn)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　二、大傾角特厚易燃煤層綜放工作面管理技術(shù)經(jīng)驗(yàn)

　　2.1 端頭支護(hù)

　　在工作面上、下端頭采用了ZT56000/17/32型過渡支架支護(hù)，增加了工作面支護(hù)阻力，改善了端頭支護(hù)的受力狀況，解決了上端頭北三角煤的維護(hù)問題，增加了下端頭工作面面工作阻力。大傾角綜放回采工作面，運(yùn)輸巷沿煤層頂板布置在+735m標(biāo)高，回風(fēng)巷沿煤層底板布置在+770m標(biāo)高，運(yùn)輸巷與工作面采用圓弧緩慢過渡，這種布置方式改善了下端頭支架的受力狀況，解決了下端頭支護(hù)難度大的問題，確保了工作面下出口的安全暢通，同時通過圓弧緩慢過渡布置在一定程度上限制了前后部運(yùn)輸機(jī)的下滑，解決了因運(yùn)輸機(jī)下滑造成的搭接不合理問題，還減緩了工作面傾角。

　　具有特殊結(jié)構(gòu)的端頭、端尾支架，很好的解決了上、下端頭的頂板維護(hù)問題，確保了前、后部運(yùn)輸機(jī)與運(yùn)輸巷轉(zhuǎn)載機(jī)的合理搭接。

　　工作面上、下順槽端頭區(qū)域的頂板維護(hù)問題一直是大傾角工作面上、下端頭管理的難點(diǎn)，為了從技術(shù)管理角度上解決這一技術(shù)難題，在設(shè)備選型和研究設(shè)計(jì)時，上、下端頭配備了專用支架支護(hù)，而且下端頭運(yùn)輸巷與工作面采用圓弧緩慢過渡布置，使端頭支架與基本支架間實(shí)現(xiàn)了平滑過渡，消除了臺階;在上端頭配備帶有可互換型側(cè)護(hù)結(jié)構(gòu)的端尾支架，解決了回風(fēng)順槽與工作面上端頭頂板北三角區(qū)支護(hù)難題，支護(hù)效果良好，回采期間，工作面上、下端頭區(qū)域沒有出現(xiàn)過一次抽頂、冒頂現(xiàn)象。

　　2.3 優(yōu)化巷道布置

　　運(yùn)輸巷沿煤層頂板布置，回風(fēng)巷沿煤層底板布置，運(yùn)輸巷與工作面間采用圓弧緩慢過渡方式，通過先進(jìn)、合理的“三機(jī)”配套選型，徹底解決了設(shè)備的防倒、防滑技術(shù)難題。

　　2.4 工作面支架的防倒防滑、防甩尾

　　在液壓支架的防倒裝置上，摒棄了原液壓支架單架防倒的方案，采用5架一組的防倒、防滑方案。既是：利用5架液壓支架為一組，利用防倒、防滑千斤頂，使5架液壓支架連成一組，組成防倒、防滑一個單元。每隔5架安裝一組。通過安裝在液壓支架中梁上的防倒裝置、安裝在液壓支架底座上的底推裝置和安裝在液壓支架底座上的防滑裝置。利用液壓支架的液壓系統(tǒng)上的操作閥、千斤頂來完成防倒、防滑操作。保證液壓支架在移架過程中及時的調(diào)整液壓支架狀況，起到防倒、防滑的作用。

　　當(dāng)液壓支架在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)倒架時，為了方便倒架的扶正，在液壓支架中梁設(shè)計(jì)有可以固定液壓單體支柱的柱窩，扶架時可利用此柱窩防止單體支柱打滑傷人，通過防倒千斤頂和單體支柱把倒架扶正。

　　由于該型號的液壓支架自重較大(18T左右)，而且放頂煤液壓支架尾部有放煤機(jī)構(gòu)，尾部重量較大再加上工作面傾角達(dá)43度左右，在移架過程中容易造成液壓支架甩尾。從而造成工作面液壓支架和前后部刮板機(jī)上竄、下滑。嚴(yán)重影響工作面的工程質(zhì)量和正常的安全生產(chǎn)。通過在液壓支架側(cè)護(hù)板裝置的改造來解決液壓支架甩尾問題。原來設(shè)計(jì)頂梁和尾梁的架側(cè)護(hù)板裝置，可以同時伸縮和頂梁單獨(dú)伸縮。而尾梁架側(cè)護(hù)板不能單獨(dú)伸縮，在液壓支架利用架側(cè)護(hù)板裝置調(diào)整支架時只能整架調(diào)整。達(dá)不到調(diào)尾部的目的。要解決甩尾問題首先把液壓支架架側(cè)護(hù)板裝置進(jìn)行改造。一是把原來設(shè)計(jì)頂梁和尾梁的架側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使尾梁側(cè)護(hù)板可以單獨(dú)伸縮。即在頂梁側(cè)護(hù)板不動作時，尾梁側(cè)護(hù)板可以自由伸縮。二是對頂梁和尾梁的架側(cè)護(hù)板的液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使其各有自己的供液系統(tǒng)和操作閥控制，立操作頂梁、尾梁的側(cè)護(hù)板。并在各系統(tǒng)中增加液壓鎖裝置。使其在伸縮過程中能夠保持伸縮距離。在移架到位時，在升架前利用尾梁側(cè)護(hù)板伸出多液壓支架尾部進(jìn)行上調(diào)一定的距離。由于頂梁側(cè)護(hù)板和尾梁側(cè)護(hù)板是各自獨(dú)立的系統(tǒng)。此時頂梁側(cè)護(hù)板不動作。只對尾部進(jìn)行調(diào)整。從而達(dá)到控制液壓支架甩尾的目的。使支架和刮板機(jī)保證夾角在90度左右。達(dá)到控制工作面液壓支架及前后部刮板機(jī)上竄、下滑。

　　2.5 工作面前后部運(yùn)輸機(jī)的防滑

　　為了防止前后部刮板機(jī)在推移過程中下滑，在前后部刮板機(jī)溜槽的設(shè)計(jì)上進(jìn)行改造。首先在前后部刮板機(jī)溜槽靠支架側(cè)設(shè)計(jì)有安裝刮板機(jī)防滑裝置的耳鼻。再是在液壓支架底座上設(shè)計(jì)有安裝刮板機(jī)防滑裝置的耳鼻。在兩耳鼻之間用液壓油缸和26*90的鏈條、銷軸進(jìn)行連接。在推移前后部刮板機(jī)時，通過控制刮板機(jī)防滑油缸的伸縮從而達(dá)到防止刮板機(jī)在推移過程中下滑的目的。

　　2.6 優(yōu)化工作面布置及回采工藝

　　工作面巷道采用了運(yùn)輸巷超前，回風(fēng)巷滯后的仰斜布置方式，工作面回采時仰斜推進(jìn)，偽斜量控制在5-15m之間，沿垂直于仰斜方向推進(jìn),降低工作面傾角。這樣布置一方面可以減小工作面傾角, 另一方面多次推溜拉架后, 輸送機(jī)和支架可明顯上竄, 抵消或減少輸送機(jī)與支架的下滑量, 從而加強(qiáng)整個工作面系統(tǒng)的穩(wěn)定性。移架、推溜工序堅(jiān)持由下向上的順序進(jìn)行，移架順序是自下而上逐架帶壓前移, 先移下端頭支架再移排頭支架, 端頭架采用2—1—3順序移架。移架前先把前伸梁收回，再降柱移架。如果頂板破碎時，使支架頂梁不與頂板脫離，采用帶壓擦頂移架，然后緩慢收回前伸梁使支架前移，支架前伸梁頂住煤壁，支架到位后將支架升緊。這種移架方式保證了及時支護(hù)頂板，機(jī)道上方不空頂，前伸梁始終頂住煤煤壁，保證了支架端面不冒落。這樣移架使上一副支架始終以下一副支架為依托前移。移架時相鄰兩架的頂梁高差不能超過 10 cm, 以防止頂梁咬錯, 造成背架。出現(xiàn)傾倒和錯位支架時，以調(diào)整應(yīng)以下鄰架為依托, 通過側(cè)護(hù)板、底調(diào)梁推下鄰架的方式進(jìn)行。

　　工作面割煤方式為由上向下單向割煤,既有利于減小牽引阻力和防止采煤機(jī)下滑,同時也有利于采煤裝煤 ( 可防止煤向采煤機(jī)下方及人行道側(cè)拋灑)。缺點(diǎn)是增加設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時間。

　　放煤由專職放煤工負(fù)責(zé)，采用自上而下雙輪順序放煤，放頂煤步距1.2米(兩采一放)。頂煤由頂板壓力和支架反復(fù)支撐、支架尾梁上下擺動等綜合方式松動頂煤。放煤從第67-55副支架開始依次將支架上方頂煤全部放凈，55架后每架先預(yù)放頂煤三分之一，以松動頂部煤體，放第一輪煤超過10副支架后，可接著跟蹤放第二輪，放第一輪煤和第二輪煤中間間隔10～15副支架，見矸停止方煤。依次分段放煤，可以保證上部煤體整體松動，便于放出整體煤量。在放煤過程中，遇有大塊煤必須用插板破碎，且要掌握放煤量，防止壓后部輸送機(jī)。

　　通過回采工藝的改進(jìn)和總結(jié)，有效地防止了工作面設(shè)備的下滑、支架尾梁下擺、前溜上竄，減少機(jī)電設(shè)備事故的發(fā)生，降低了材料消耗，充分發(fā)揮了設(shè)備的性能。

　　2.7 采用黃泥灌漿和注氮相結(jié)合的綜合防滅火技術(shù)

　　放頂煤開采過程中，采空區(qū)難免有浮煤遺留，防滅火問題是確保工作面順利開采的關(guān)鍵，大黃山煤礦在回采過程中采用黃泥灌漿和注氮相結(jié)合的綜合防滅火技術(shù)很好地解決了放頂煤開采的采空區(qū)防滅火技術(shù)問題，保證了安全生產(chǎn)。

　　2.8瓦斯治理

　　在開采過程中由于礦井自身細(xì)高瓦斯礦井，因此瓦斯防治問題一直都是開采一項(xiàng)重點(diǎn)工作，在開采期間為防治瓦斯超限問題，在工作面布置前針對運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷、瓦斯排放巷在掘進(jìn)過程中采用工作面布置鉆場及沿走向、傾向布置大口徑呈扇形狀抽放鉆孔，同時進(jìn)行煤層注水，降低煤塵的同時增加瓦斯涌出量。在回采過程中采用均壓通風(fēng)方式，利用工作面上部原八尺槽巷道對工作面采空區(qū)進(jìn)行鉆孔抽放，有效降低工作面瓦斯涌出超限現(xiàn)象。

　　三、大傾角特厚易燃煤層綜放開采關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1 支架移設(shè)及倒架預(yù)防

　　急傾斜大傾角特厚易燃煤層開采支護(hù)系統(tǒng)中，由于重力分解的正壓力及下滑力隨工作面傾角增加而變化，使得下滑力增大，正壓力減小，從而造成工作面支架所承受的載荷變小引起支護(hù)系統(tǒng)外載(或偏載)加大，支架下滑、傾倒及支架間擠、咬架現(xiàn)象加劇;同時由于放頂煤開采，容易造成支架接頂不實(shí)而傾倒;另外，從生產(chǎn)過程中的礦壓觀測情況看，直接頂跨落、老頂來壓引起的超前應(yīng)力造成頂煤破碎、煤幫側(cè)切頂而誘發(fā)倒架。

　　3.1.1 加強(qiáng)礦壓觀測及超前預(yù)報(bào)工作，工作面頂板來壓前要嚴(yán)格控制放頂煤煤量，支架移設(shè)后要保證足夠的初撐力及工作阻力，防止支架空頂而傾倒。

　　3.1.2 保證移架質(zhì)量，支架移設(shè)要一次到位，避免多次移架，在移架時降架高度不要超過側(cè)護(hù)板高度的三分之二，使支架盡量帶壓擦頂移架，升架后片閥保壓3～5秒。另外由于架頂虛煤有一個壓實(shí)的過程，支架移到位升起后一次達(dá)不到初撐力，在升起半小時后再補(bǔ)一次壓以保證足夠初撐力，防止支架接頂不實(shí)而傾倒。

　　3.1.3 嚴(yán)格工程質(zhì)量，控制好支架支護(hù)狀態(tài)。要根據(jù)工作面底板變化情況，及時調(diào)整偽斜量保證工作面坡度一致，防止局部變坡點(diǎn)支架傾倒;同時要嚴(yán)格控制支架間側(cè)護(hù)板錯茬不超過10cm，支架頂梁出現(xiàn)高低錯茬及下傾時要盡快調(diào)整處理后再生產(chǎn);另外要提高割幫工序質(zhì)量，嚴(yán)格控制好挑頂臥底量,工作面1-10架緩慢過渡，為整體支架的移設(shè)及保證良好的支護(hù)狀態(tài)打好基礎(chǔ)。

　　3.1.4合理推溜方式，為防止支架下滑，煤機(jī)入窩進(jìn)刀選擇在工作面中上部，下行割煤，推溜時采取由下而上依次順序推溜，增加推桿向上的分力;當(dāng)工作面支架出現(xiàn)上移現(xiàn)象時，及時改變推溜方式，煤機(jī)入窩進(jìn)刀選擇在中下部，上行割煤，先拉機(jī)尾，由上而下順序依次推溜。

　　3.2 放頂煤操作，放頂煤操作是大傾角綜放開采的關(guān)鍵技術(shù)，由于傾角大，頂煤垮落后會沿傾斜方向滾動和下滑，放頂煤操作既要保證支架的穩(wěn)定性，同時又要確?；夭陕屎兔嘿|(zhì)，技術(shù)操作難度大。通過對頂煤運(yùn)移規(guī)律的觀測及各種放頂煤方案的試驗(yàn)對比，確定工作面放頂煤操作整體上按由下向上雙輪間隔順序放煤的操作方法，單架雙輪放煤總時間8-10min，放頂煤步距1.2m這種操作方法取得了理想的效果。通過現(xiàn)場觀測放煤對相鄰支架的最大影響范圍一般為15-20m，工作面不同傾角的位置放煤時，對相鄰支架的影響范圍也不相同，因此工作面不同傾角條件下可采用不同的放煤順序。

　　四、結(jié)束語

　　(1)大黃山煤礦大傾角特厚易然煤層實(shí)現(xiàn)綜采放頂煤開采，解決了大傾角開采條件下的諸多技術(shù)難題。三機(jī)選型和研究設(shè)計(jì)配套合理可靠，經(jīng)濟(jì)效益顯著，該技術(shù)的成功，解決了高瓦斯大傾角厚煤層放頂煤開采技術(shù)難題。

　　(2)工作面過渡設(shè)計(jì)及巷道布置，巧妙的解決了大傾角開采條件下工作面上下端頭的維護(hù)問題，為上下端頭支護(hù)設(shè)備選型及工作面設(shè)備的防倒防滑技術(shù)拓寬了思路。

　　(3)“三機(jī)”防倒防滑裝置及端頭端尾支架結(jié)構(gòu)、端頭支架放煤機(jī)構(gòu)新穎獨(dú)特，防倒、防滑性能良好，安全實(shí)用，為實(shí)現(xiàn)放頂煤開采奠定了良好的基礎(chǔ)。