韓耀文

（大同煤礦集團(tuán)陽(yáng)方口礦業(yè)有限公司， 山西 忻州 036702）

引言

隨著我國(guó)采煤技術(shù)的不斷提高和對(duì)煤炭需求量的增加，采礦行業(yè)逐漸向地質(zhì)條件嚴(yán)峻的大傾角煤層轉(zhuǎn)移，傳統(tǒng)礦區(qū)中在地質(zhì)上占有極大優(yōu)勢(shì)的煤層儲(chǔ)量逐漸減少，而較多的具有良好開(kāi)采條件的煤礦儲(chǔ)量已接近枯竭，大傾角煤層開(kāi)采受到人們的關(guān)注。例如，晉南和晉北的礦區(qū)有部分傾角相對(duì)較大的煤層，在對(duì)其開(kāi)采的過(guò)程中，雖然已運(yùn)用了較為安全的回采技術(shù)和采場(chǎng)圍巖控制技術(shù)，但都受到了煤層自身的多方面限制，而且安全隱患也很突出。因此，在大傾角煤層開(kāi)采過(guò)程中，安全問(wèn)題越來(lái)越受到重視。

對(duì)較大傾角的煤層綜合開(kāi)采進(jìn)行了一次仔細(xì)的技術(shù)方法研究，其主要內(nèi)容為大傾角煤層在特殊地層條件下圍巖的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和地層活動(dòng)狀況，并在對(duì)大傾角煤層機(jī)械化開(kāi)采圍巖和工作面支護(hù)系統(tǒng)的研究中找尋關(guān)鍵點(diǎn)，解決了機(jī)械化開(kāi)采過(guò)程中存在的技術(shù)性及核心性的問(wèn)題，使煤層開(kāi)采機(jī)械化進(jìn)程有效推進(jìn)，開(kāi)采技術(shù)顯著提高[1]。

1 工作面簡(jiǎn)述及開(kāi)采技術(shù)特點(diǎn)概述

某礦的工作面地面標(biāo)高為+18～+21 m，井下標(biāo)高為 -382～-494 m，長(zhǎng)度 900 m，傾斜長(zhǎng)度 182～210 m。該面煤層的傾角為24°～36°，平均30°，足以見(jiàn)得傾角并不小，表1為煤層頂?shù)装鍘r性介紹。

表1 為煤層頂?shù)装鍘r性

該工作面采用走向長(zhǎng)璧后退式綜合機(jī)械化采煤方式，并用全部垮落法管理頂板。同時(shí)該工作面還采用雙滾筒采煤機(jī)雙向割煤，往返一次進(jìn)兩刀，效率較高，耗時(shí)較短?，F(xiàn)將煤礦的綜合采集方法運(yùn)用到大傾角煤層中，但由于相對(duì)緩斜煤層傾角大，使得大傾角煤層開(kāi)采技術(shù)具有以下三個(gè)特點(diǎn)：第一，由于煤層傾角比較大，所以工作面下部的采空區(qū)便成為了頂板破斷垮落巖塊滑落的承接地。但是頂板破斷垮落巖的傾角遠(yuǎn)不及煤層傾角之大，而且走向長(zhǎng)壁在開(kāi)采的過(guò)程中，極易在工作面傾斜方向形成不均勻填充，從而使不同的工作面或同一工作面不同位置礦壓出現(xiàn)不同，可見(jiàn)煤層的傾斜角過(guò)大和由此導(dǎo)致的工作面的不均勻填充對(duì)其造成的影響較大。第二，在大傾角煤層中實(shí)施綜采，由于支架不穩(wěn)定，而且有容易塌陷的特征和圍巖系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，從而使整個(gè)系統(tǒng)都不是特別的穩(wěn)定，我們也需要進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)。還可能由于坍塌事故可能導(dǎo)致不穩(wěn)定情況發(fā)生，特別是在動(dòng)態(tài)負(fù)荷的傾斜方向形成大角度變形大、采場(chǎng)傾斜等。第三，綜合開(kāi)采還有傾角過(guò)大會(huì)引起投入人力物力資源過(guò)多而又不能合理利用，造成資源的浪費(fèi)[2]。

2 大傾角煤層回采支護(hù)

2.1 關(guān)于支架本身的控制

支護(hù)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的部分是支架，其自身帶有的結(jié)構(gòu)及其他的參數(shù)對(duì)整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)都有著重大的影響。

為了防止支架的下滑，需要提高支架整體穩(wěn)定性，保證支架有一定的初撐力和足夠的支撐阻力。近些年來(lái)，某礦大傾角工作面，使用ZZ4400/18/38型支撐掩護(hù)式液壓支架（參數(shù)見(jiàn)下頁(yè)表2），支護(hù)強(qiáng)度滿(mǎn)足頂板壓力的要求，使用效果良好。想要支架長(zhǎng)時(shí)間處于完好無(wú)損的狀態(tài)，就必須要提高支架的初撐力。要使其更加穩(wěn)定化，就像漏液、串液這種問(wèn)題必須杜絕，以此來(lái)解決壓力問(wèn)題。大傾角煤層對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求，在之前的基礎(chǔ)上又加強(qiáng)了支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)傾角變大，支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性將會(huì)不斷地表現(xiàn)出來(lái)。所以，為了增加支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性，要考慮支護(hù)阻力在其中發(fā)揮的作用。通常意義上的采場(chǎng)支架和圍巖相互作用體系是一套完整、齊全的組合系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，支架對(duì)圍巖有影響，圍巖對(duì)支架也有影響，二者相互作用、相輔相成。系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)圍巖的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)影響在工作狀態(tài)下支架的承載力大小，而在工作狀態(tài)下的支架也能影響圍巖的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此，支架在大傾角煤層的開(kāi)采中發(fā)揮的作用也是取得成功的重要因素之一。在分析好巖層結(jié)構(gòu)后，結(jié)合大傾角煤層的情況進(jìn)行綜合分析。對(duì)工作面上覆巖層結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析后，有必要對(duì)大傾角長(zhǎng)壁煤層長(zhǎng)壁采煤法進(jìn)行研究。其長(zhǎng)壁綜采工作中，支架和圍巖相互作用可以用圖來(lái)表示[3]。

表2 ZZ4400/18/38型支撐掩護(hù)式液壓支架技術(shù)參數(shù)

2.2 支護(hù)支架受力分析

在整個(gè)工作面支護(hù)中，液壓支架作為主要的結(jié)構(gòu)物是控制圍巖的重要支撐物。其在工作面受力分析如圖1所示。支架穩(wěn)定的平衡條件為：

式中：P1為支護(hù)初撐力（工作阻力）引起的圍巖對(duì)支

架的反作用力為底板對(duì)支架的支撐力分別為上、下鄰架所受擠壓力；θ為煤層傾角；G為支架自重；D為支架底座寬度；h為支架支撐高度；μ1為煤層頂板與支架間的摩擦因數(shù)；μ2為煤層底板與支架間的摩擦因數(shù)。

圖1 支架在工作面的受力分析

一般可以近似認(rèn)為μ1和μ2相等，均為μ0。所以支架能夠自穩(wěn)的最大傾角為

煤層傾角θ越大，底板失穩(wěn)、滑移、破壞的可能越大。大傾角煤層綜采技術(shù)的核心就是支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，傾角增大，工作面支護(hù)系統(tǒng)失穩(wěn)外載加大，所以要提高支護(hù)的工作阻力，加強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[4]。

2.3 頂板穩(wěn)定性控制

2.3.1 會(huì)受到直接頂厚度的影響

能夠影響巖層穩(wěn)定性的因素有很多，其中直接頂板厚度對(duì)工作面頂板壓力的影響最大，在日常操作中，如果基本頂離煤層的距離越遠(yuǎn)，也就是直接頂?shù)暮穸仍酱螅瑤r層再被爆破砍斷后緩慢下沉而不是直接垮塌的成功性也越大。

工作面直接頂厚度的最佳數(shù)值約5 m，因此，如果可以將直接頂?shù)暮穸瓤刂频卯?dāng)?shù)脑?huà)，那么頂板條件足夠?yàn)檎麄€(gè)操作系統(tǒng)提供穩(wěn)定的支撐[5]。

2.3.2 來(lái)壓期間頂板控制措施

技術(shù)性的問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)前開(kāi)采過(guò)程中的關(guān)鍵，是開(kāi)采成功的重要保障。當(dāng)頂板受壓時(shí)，人工爆破破碎巖體的重量與支護(hù)的穩(wěn)定性成反比。也就是說(shuō)垮塌掉落的巖石越多，重量越大，支架的負(fù)擔(dān)就越大，整個(gè)支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性也就越差。為了解決這一問(wèn)題，首先，應(yīng)加固支架，盡可能增大支架的支撐力，以確保支撐的到位。其次，要調(diào)整好支架的基本角度，防止出現(xiàn)退山現(xiàn)象。最后，還要確保支架與頂板的接觸必須嚴(yán)絲合縫，若是想要移動(dòng)支架也必須一次到位，不得有二次移動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

大傾角煤層開(kāi)采需要良好穩(wěn)定的系統(tǒng)作為支撐，在開(kāi)采的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)煤層綜采面圍巖控制機(jī)理的分析，找出對(duì)應(yīng)的處理技術(shù)與處理方法，更好地加強(qiáng)采煤技術(shù)的研究，克服在大傾角煤層開(kāi)采過(guò)程中遇到的問(wèn)題和障礙。

參考文獻(xiàn)

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[2]伍永平，劉孔智，贠東風(fēng)，等.大傾角煤層安全高效開(kāi)采技術(shù)研究進(jìn)展[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，39（8）：1 611-1 618.

[3]陸偉，楊科，楊曉杰，等.大傾角三軟厚煤層綜采工作面旋轉(zhuǎn)開(kāi)采技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42（7）：18-21；25.

[4]溫明明.大傾角煤層綜采面圍巖活動(dòng)規(guī)律與支架適應(yīng)性研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2014.

[5]趙啟峰，孟祥瑞，劉慶林.大傾角煤層綜采工作面安全回采技術(shù)實(shí)踐[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2007（6）：9-11；36.