黃 輝

(河南煤業(yè)化工集團永煤公司陳四樓煤礦，河南 永城 476600)

河南煤業(yè)化工集團永煤公司陳四樓煤礦于1997年11月6日正式投產(chǎn)，設計生產(chǎn)能力240萬t/a。隨著開采年限和開采強度的增加，礦井開采煤層地質(zhì)條件越來越復雜，開采煤層傾角越來越大，為保證礦井工作面的正常接替，使用現(xiàn)有綜采設備進行大坡度俯采成為一種必然。

1 工作面概況

陳四樓煤礦21110工作面位于十一采區(qū)，西為南翼輔助回風巷、南翼2#總回風巷，東為DF22逆斷層及煤層露頭，南為21111工作面采空區(qū)，北為21109工作面采空區(qū)。煤層傾角11°～32°，平均21°，煤層厚度1.5 ～3.1 m，平均 2.62 m。煤層直接頂為灰色砂質(zhì)泥巖，基本頂為灰白色中粒砂巖，直接底為深灰色砂質(zhì)泥巖，基本底為灰～淺灰色中細砂巖。煤層自燃發(fā)火傾向為III類，屬于不易自燃煤層、低瓦斯、煤塵無爆炸性。工作面巷道布置示意圖見圖1。

該工作面采用單一煤層一次采全高、傾斜長壁后退式綜合機械化采煤法，頂板控制采用全部垮落法。

2 回采使用主要設備

工作面回采過程中使用的主要設備見表1。

3 俯采過程中的難題分析［1－5］

3.1 防止液壓支架下滑

圖1 21110工作面巷道布置示意圖

表1 工作面回采主要設備表

液壓支架在自身重力的作用下容易下滑，若支架重量G沿斜面方向的分力大于支架和底板間的摩擦力，就會產(chǎn)生一個下滑力F，使支架下滑。下滑力F的計算公式為:

式中:

α—工作面傾角，(°);

μ—金屬與巖層之間的摩擦系數(shù)，一般為0.25～0.3，取 0.27。

當煤層傾角 ＞ 臨界角 α1(α1＜ tan－1μ =15°16')時，支架就要下滑。為解決這一問題，可采取下列措施:

1)工作面液壓支架。為了保證支架在拉動過程中的穩(wěn)定性，拉架前先伸出伸縮梁頂住煤墻，并打開側(cè)護板，拉架時帶壓擦頂移架，稍微降架以能拉動支架為準。移架的同時慢慢收伸縮梁，煤墻對支架的推力、側(cè)護板以及頂板對支架的摩擦力，可以抵消支架自身重力和采空區(qū)冒落矸石重力沿斜面方向的分力對支架的推力，使支架保持平穩(wěn);在支架頂梁接頂后，要至少停留2～3個泵站卸載過程，再把升架手把打至中位，要保證泵站壓力不小于30 MPa，支架初撐力不小于24 MPa;拉架到位后，檢查支架支護狀態(tài)，對咬架、倒架、失穩(wěn)、前后錯落，蹬空或壓死的支架，應及時處理。

2)端頭液壓支架。端頭液壓支架處于巷道中，移架時沒有煤墻作為支撐，依靠本架操作難以完成。由于單體柱打在斜面上，傳統(tǒng)的在支架頂梁前端打1根單體柱拉架的方式不夠穩(wěn)定、安全。經(jīng)設計和計算，采用連鎖千斤頂穩(wěn)架的方式解決:在端頭支架及相鄰支架上各固定1個千斤頂，把這兩個千斤頂用第3個千斤頂連接，3個千斤頂形成連鎖，以保證拉架時支架不會下滑和傾倒。

3.2 上下端頭方面

采空區(qū)以及上、下端頭竄矸嚴重。大傾角俯采工作面采空區(qū)竄矸具有必然性。

1)從支架間后連桿間隙產(chǎn)生“低位竄矸”。由于采空區(qū)已垮落矸石在重力分力的影響下會涌向工作空間，要求支架具有較高的承載能力和良好的擋矸性能。ZY3800－16/35型液壓支架能夠滿足工作面支護的要求，但其擋矸效果不好，主要原因是工作面采高大，掩護梁在空間位置較高，而該支架后連桿沒有設計安裝可調(diào)節(jié)的擋矸裝置，其寬度不能完全隔離工作面支護空間與老塘。在坡度較大時，拉架過程中老塘大量塌落的碎矸石會從相鄰兩支架的后連桿間隙涌入架間和底座前，采高越大越嚴重。2)易從頂梁上產(chǎn)生“高位竄矸”。由于操作不當或其它原因，一旦在支架頂梁與頂板間出現(xiàn)空隙，老塘或頂梁上破碎頂板矸石易沿頂梁滑向煤壁機道或堆積在頂梁上，影響支架支護效果。3)由于坡度大，老塘竄矸易沿兩端頭巷道底板向下滾矸，增加了工作面兩端頭的作業(yè)難度和不安全因素。

為了防止采空區(qū)側(cè)竄矸，在液壓支架的掩護梁下用900 mm×450 mm×8 mm的鐵板，配合1000 mm×500 mm的膠皮制作架間擋矸裝置，并用螺栓固定在液壓支架的四連桿上，阻擋從采空區(qū)涌出的矸石，同時，采取兩端頭防竄矸措施，端頭支護除正常使用4 m的長梁支護外，沿切頂線從支架邊界到巷道幫打設密集支柱，切頂線上密集支柱的數(shù)量，根據(jù)每兩根切頂柱的間距打設1～2根，保證支柱間隙不能過矸石，且在打設抬棚時，在梁上鋪雙層1.2 m×1.0 m的塑編網(wǎng)，回棚后可有效阻擋矸石下竄。

3.3 防止刮板運輸機被推翻

大坡度俯采時，刮板運輸機易被推翻或被推到浮煤上，造成無法正常采煤。為解決這一問題，采取下列措施:

1)機頭機尾處煤壁人工清煤后再推溜。2)工作面推溜時在刮板運輸機下幫(鏟煤板側(cè))打上支柱，壓住刮板運輸機推溜，如果刮板運輸機下方浮煤較多，用單體柱壓住刮板運輸機采用來回多推幾次的方法。

3.4 增加煤機裝煤效果

俯采工作面煤機裝煤效果差，由于工作面傾角大，采煤機割煤時向煤幫傾斜，煤機裝煤效果差，造成工作面輸送機推移不到位。而且由于機身傾斜嚴重，造成煤機易啃底，機道煤壁易留傘檐。為解決這一問題，采取下列措施:

1)對設備進行改造。加裝煤機滾筒擋煤板，增加煤機滾筒轉(zhuǎn)速和刮板運輸機運行速度，及時運走裝入溜槽的煤。2)加強現(xiàn)場管理，嚴格按規(guī)程作業(yè)，跟機推溜減小工序間的空間距離，讓煤機壓著推溜也是提高裝煤效果避免刮板運輸機上飄的1個有效措施，在必要時采用人工清理機道的落煤。

3.5 降低煤機滑靴、刮板運輸機元寶座的損壞

俯采采煤機在重力分力的作用下易倒向煤壁，會引起潤滑及各種導向滑靴，部分機械傳動部位的機械磨損加重。俯采煤機沿機道傾斜行走時，煤機行走輪會產(chǎn)生1個對齒軌向煤壁側(cè)的壓力，這個壓力會使承載齒軌的“元寶座”被拉壞。21110工作面在采煤過程中元寶座損壞的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，而且元寶座是鑄造在槽子上的，壞了只能焊接，嚴重影響生產(chǎn)。為解決這一問題，采取下列措施:

1)嚴格按規(guī)程操作，保證割煤、移架、推溜工序的銜接合理，防止運輸機彎曲段過短，造成運輸機彎度過大，以減少煤機行走輪對齒軌的壓力。2)在煤機的機身上設計兩個加油盒，煤機行走時滴下潤滑油潤滑齒軌，以減少齒軌和滑靴的磨損。

3.6 皮帶運輸巷設備防滑

大坡度俯采，轉(zhuǎn)載機和帶式輸送機在各自重力分力等的作用下，易沿巷道底板下滑、竄移，增加了安全隱患，必須依靠輔助外力、設施對其進行固定，增加了作業(yè)工序。另外，順槽帶式輸送機下運，在重載時易發(fā)生超速運行。皮順傾角大時，大塊煤矸在順槽轉(zhuǎn)載、運輸中由于慣性及重力分力的作用，易發(fā)生向下超速竄滾，影響施工和作業(yè)人員的安全。為解決這一問題，采取下列措施:

1)轉(zhuǎn)載機與機頭第1架支架用630鏈條連接，防止轉(zhuǎn)載機下滑。2)轉(zhuǎn)載機與運輸機機頭底座，用帶鎖定千斤頂?shù)逆湕l漲緊連接。3)皮帶機尾與轉(zhuǎn)載機間用鋼絲繩或鏈條連鎖防跑，皮帶機尾用壓戧柱固定。4)坡度較大的地段，每隔100 m打地錨，用鋼絲繩與皮帶H架連接，防止皮帶機整體下滑。5)坡度大時，拉皮帶機尾的過程中，必須將皮帶機尾與皮帶順槽底板地錨用鋼絲繩進行固定，拉過皮帶尾后必須及時將壓戧柱打上。6)為防止皮帶跑車，靠近皮帶機尾大坡度段，每隔50～100 m在上皮帶底加設增阻皮子，加大摩擦，增加皮帶運行阻力，防止皮帶上煤炭的重力分力作用引起的超速。7)在轉(zhuǎn)載機頭轉(zhuǎn)載點設緩沖裝置和擋煤皮子，緩沖轉(zhuǎn)載后的煤炭速度，減小其沖量。8)在靠近皮帶機尾大坡度范圍內(nèi)，每隔30～50 m在皮帶機上設一段收斂裝置內(nèi)設擋皮，阻擋超速竄滾的大塊煤炭。9)在皮帶機人行道側(cè)設防護欄，保證工作人員安全。

4 總結(jié)

21110綜采工作面大坡度俯采的成功應用，證明在較大坡度(≤35°)的俯斜工作面，用正常綜采設備、工藝開采是可行的，能發(fā)揮其高產(chǎn)高效的作用。在大坡度俯采過程中所采取的一系列措施，解決了大傾角俯斜綜采的技術難題，保證了工作面的安全生產(chǎn)，為以后類似條件的綜采工作面布置、安全回采提供了寶貴的經(jīng)驗和生產(chǎn)依據(jù)。

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