王慶峰

摘要：本文分析了薄煤層綜采工作面的優(yōu)化設(shè)計(jì)、采煤技術(shù)方法控制和開采過程中遇到問題的有效解決措施等，進(jìn)而為大傾角薄煤層安全高效開采提供有力的理論和技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：煤礦開采;大傾角薄煤層;設(shè)備防倒防滑;技術(shù)

引言

煤礦隨著開采的不斷向前延伸，到了中后期薄煤層則是很多礦井所遇到的問題。但是，往往地質(zhì)構(gòu)造的原因，不僅是薄煤層，而且大多都伴隨著傾角的加大。而在大傾角下回采這些薄煤層，所帶來的困難就比較大，涉及到安全的一系列問題。全國就薄煤層而言，約占可采儲(chǔ)量的一半以上。一般隨著礦井可采儲(chǔ)量的日益枯竭，薄煤層的開采就成了主要面對(duì)的問題了。因開采設(shè)備的原因，現(xiàn)1.3-1.5m的較薄煤層，開采機(jī)械化程度還是不高的，其生產(chǎn)效率也較低，嚴(yán)重制約著開采的速度，影響高產(chǎn)高效礦井建設(shè)。較薄煤層用大架型進(jìn)行開采，不僅使開采成本增高，還對(duì)頂板經(jīng)常被切割，使得煤炭灰分增高，甚至部分資源不能被采出。薄煤層綜采技術(shù)，其機(jī)械化裝備配套，在煤炭行業(yè)還很不成熟，正處于探索階段，尤其是大傾角較薄煤層綜采實(shí)踐還比較少，理論研究薄弱。探索大傾角薄煤層機(jī)械化開采途徑，還有待深入的進(jìn)行研究?；幢钡V業(yè)根據(jù)近幾年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在大傾角條件下開采薄煤層，設(shè)備的防倒防滑是關(guān)鍵，其次是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)調(diào)整液壓支護(hù)方式，配合采煤機(jī)往返切割。

1 薄煤層綜采工作面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1）做好勘探設(shè)計(jì)。因綜采工作面設(shè)備多，且重量大，搬運(yùn)也比較困難，而對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件還適應(yīng)性差。為了保證生產(chǎn)均衡穩(wěn)定，并能取得最大的開采效果和經(jīng)濟(jì)效益，必須充分利用現(xiàn)有的安全高效的地質(zhì)保障手段。如采用無線電坑透、直流電法測(cè)水，以及打鉆探放水等綜合手段探明回采區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造，將其在設(shè)計(jì)中進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到對(duì)工作面回采影響最小的效果。

2）做好巷道布置優(yōu)化設(shè)計(jì)。為避免工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、斷層等的影響，可在確定工作面的走向可采長度、傾斜長度上優(yōu)化設(shè)計(jì)。比如保證工作面有效防治水兩順槽均為向回采方向5°下山布置等。

3）設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)布置。工作面選用合適的薄煤層采煤機(jī)，以適應(yīng)更薄煤層的開采需要。比如可將原有滾筒改小，配備合適的掩護(hù)式支架，有的可在架前加裝伸縮式前探梁，以便能及時(shí)有效的支護(hù)頂板，并防止冒頂事故發(fā)生。同時(shí)，工作面支架安設(shè)有防倒防滑裝置，頭組支架安裝有防倒千斤頂，工作面每10組支架安裝一防滑設(shè)施等方法。

2 采煤技術(shù)方法控制

1）采高的控制?？偟幕夭稍瓌t應(yīng)為：沿頂板回采，煤較薄時(shí)（1.0-1.6m）可適當(dāng)剎底;當(dāng)煤層厚度小于1.0m時(shí)，就必須剎底挑頂，可使用采煤機(jī)與響震動(dòng)炮相結(jié)合的方式進(jìn)行落煤。不論哪種情況，都必須控制采高在1.6m以上。小于此厚度的煤層，如果煤層沉積穩(wěn)定，無頂?shù)装迤鸱鄬拥热魏螛?gòu)造影響，回采可繼續(xù)進(jìn)行。但煤層變薄時(shí)，就要降低采高;當(dāng)煤層變厚或地質(zhì)構(gòu)造變化時(shí)，這就需要調(diào)整工作面，采高不夠1.6m就行不通了，這就好比井下巷道在彎道時(shí)就要加寬的道理。因此薄煤層回采時(shí)，必須控制好采高，使支架有一定的仰角，隨時(shí)能調(diào)整工作面狀態(tài)進(jìn)行提車或剎底問題。

2）回采時(shí)采煤機(jī)割煤與支架工移架密切配合好。薄煤層回采時(shí)采煤機(jī)必須與支架密切配合，不然會(huì)影響生產(chǎn)。割煤時(shí)，必須刀刀挑頂，割至與支架平齊，還要將煤壁側(cè)浮煤掃干凈。兩邊的操作工要密切配合。否則，支架拉過去梁頭下栽，或運(yùn)輸機(jī)飄車，這都會(huì)造成下刀采煤機(jī)難以通過。移架時(shí)，梁頭不能栽頭，要保證支架有一定的仰角。移架時(shí)，必須等采煤機(jī)進(jìn)刀，將頂板割平后方可移架。割過煤后，采取追機(jī)移架，距離不小于6m。移完支架后，再順序抵車。

3）做好端頭頂板控制。因工作面傾角大，有的頂板為泥巖夾矸，且裂隙發(fā)育極不穩(wěn)定。為防止端頭處夾矸頂板破碎，對(duì)端頭支架不接頂導(dǎo)致的下滑，需要在工作面端頭、出口處的頂板管理上做好控制。比如在工作面下端頭短臂注漿技術(shù)，超前預(yù)留出口方式對(duì)下端頭進(jìn)行管理，以安全、可靠、有效的控制端頭處的頂板。①安全出口的支護(hù)形式。在工作面上、下出口頂板，采用合適的液壓支護(hù)。上、下出口直接頂泥巖因受超前壓力和風(fēng)化影響，破碎易冒落?？沙肮ぷ髅嬷гO(shè)至少2棵戧柱對(duì)泥巖進(jìn)行支護(hù)。在工作面內(nèi)采用放炮方式預(yù)留超前出口，單體支柱配合鉸接頂梁進(jìn)行支護(hù)。②端頭的支護(hù)形式。下端頭夾矸頂板受風(fēng)化和超前壓力影響，極易掉落，容易破碎掉落傷人。前期可采用菱形網(wǎng)搭接巷道支護(hù)網(wǎng)的方法進(jìn)行，后期采用在工作面下端頭進(jìn)行超前注漿對(duì)圍巖進(jìn)行加固，配合原有菱形網(wǎng)支護(hù)效果較好。工作面端頭使用單體液壓支柱配合金屬頂梁進(jìn)行支護(hù)，單體液壓支柱的間排距與超前支護(hù)單體液壓支柱的間排距相同，金屬頂梁與超前支護(hù)的金屬頂梁鉸接，非工作面?zhèn)葎t使用鉸接頂梁。③工作面下端頭注漿（水泥漿）超前支護(hù)。因頂板自重的影響，下端頭的直接項(xiàng)極易跨落，以上不能完全控制頂板不松散掉落。可采用短臂注漿方法。順槽巷道因受到礦壓及圍巖受到分化影響，巷道被破壞的范圍并不大。注漿孔的眼深不能太深，過深的眼會(huì)造成材料的浪費(fèi);可在工作面超前影響范圍內(nèi)注射。在直接頂跨落前注水泥漿，則能有效利用巖石因礦壓產(chǎn)生的裂紋將直接頂加固。

4）做好防止矸石傷人控制。受大傾角影響，回采時(shí)也易發(fā)生煤矸片幫下竄。此時(shí)輸送機(jī)機(jī)頭以上30m范圍內(nèi)，可在護(hù)欄與支架間全部使用雙層防矸網(wǎng)，使該段刮板輸送機(jī)處于封閉狀態(tài)。工作面刮板輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)纼?nèi)要每間隔15m安設(shè)一組防沖欄，當(dāng)煤矸沿刮板輸送機(jī)滑落時(shí)能有效減緩下滑速度，保證作業(yè)人員的安全。

5）做好工作面各種設(shè)備下滑控制。大傾角、堅(jiān)硬濕滑底板的特殊條件，工作面液壓支架、刮板輸送機(jī)需運(yùn)用綜合措施防止下滑?？刹扇∫萍芎屯屏锏捻樞蛞约肮ぷ髅娴恼{(diào)采等方式進(jìn)行，以有效防止工作面液壓支架、刮板輸送機(jī)因大傾角下滑。對(duì)液壓支架的防倒、防滑：可在3架排頭支架之間的頂梁前部裝有1個(gè)調(diào)架千斤頂，以調(diào)整支架的架間距，使下滑的支架得以復(fù)位。對(duì)工作面可彎曲刮板輸送機(jī)的防滑：主要利用安裝于液壓支架頂梁推溜桿下方的防滑千斤頂進(jìn)行。當(dāng)溜槽下滑時(shí)，可利用防滑千斤頂將推溜桿向上頂從而阻止溜槽下滑。

3 開采過程中遇到問題的有效解決措施

1）工作面支架防倒與防止輸送機(jī)上竄下滑。支架防倒和輸送機(jī)上竄下滑是最常見問題，也是影響安全生產(chǎn)的大事。由于支架與輸送機(jī)互相制約，輸送機(jī)下滑容易牽動(dòng)支架，從而損壞支架推移裝置。支架傾倒，架向不正會(huì)造成輸送機(jī)下滑，導(dǎo)致機(jī)頭不能與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接運(yùn)煤。因此，大傾角綜采工作面必須采取有效措施，防止此類事故發(fā)生。這可采取如下措施進(jìn)行：①偽斜開采。即采用機(jī)頭超前，偽傾斜回采，使推溜時(shí)輸送機(jī)的上移量與下滑量相抵消，保證輸送機(jī)沿走向推進(jìn)。先假定一個(gè)煤層傾角α，當(dāng)傾角為α?xí)r，工作面設(shè)備剛好不下滑。假設(shè)輸送機(jī)、液壓支架、采煤機(jī)等設(shè)備總質(zhì)量偽M，而煤層底板對(duì)金屬的摩擦系數(shù)為μ=0.35時(shí)（如圖1所示），根據(jù)某實(shí)例計(jì)算，則有：M×sinα= M×cosα×μ;tanα=μ;α≈19°。即：當(dāng)煤層傾角大于19?時(shí)，工作面輸送機(jī)就會(huì)自動(dòng)下滑。若考慮工作面淋水等條件降低摩擦系數(shù)，該角度就小于19?，那就要再計(jì)算。工作面應(yīng)有的超前量計(jì)算：AB為工作面上風(fēng)道、下運(yùn)道落差;AC為工作面斜長;AD為工作面?zhèn)涡焙髮?shí)際斜長;BC為工作面平面投影時(shí)的切眼長度;DC輸送機(jī)剛好下滑時(shí)下運(yùn)應(yīng)有的超前量;∠ADB為偽斜時(shí)工作面傾角;保證輸送機(jī)不下滑，下運(yùn)超前量DC為：AD=AB/sinα=27/sin19°≈82.8m;AC=81.5m;DC=≈14m。但是，當(dāng)兩順槽的落差隨地質(zhì)條件變化而變化，超前量不是固定的，需要隨落差變化而調(diào)整。②防倒防滑措施。在工作面調(diào)偽斜后，工作面支架架向控制難度加大，這必須每刀保證架向垂直于輸送機(jī)，適當(dāng)減小超前量并加以防滑設(shè)施綜合控制輸送機(jī)的下滑。

2）輸送機(jī)機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)要合理搭接。薄煤層工作面雖采高較低，其順槽的高度不能低，尤其下順槽。下運(yùn)道采用錨網(wǎng)支護(hù)時(shí)，沿底板掘進(jìn)就出現(xiàn)了輸送機(jī)機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接過高的問題。輸送機(jī)落下的煤形成拋物線落入轉(zhuǎn)載機(jī)，這就要求工作面輸送機(jī)機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)在水平方向上不能搭接，要留有一定余量。處理好輸送機(jī)機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接高度，控制好距離，方可便于接煤運(yùn)輸。

3）老空區(qū)排水問題。工作面的不斷向前推進(jìn)，老頂冒落，在老空區(qū)就容易出水聚集，且不易排出。工作面運(yùn)輸采用下拉方式，皮帶順槽相對(duì)軌道順槽的水平標(biāo)高較低，老空出水時(shí)需在平巷溜尾預(yù)留臨時(shí)水倉進(jìn)行排水。因此采用支柱沿空留巷方式，在沿空留巷段安設(shè)水泵排水，并制定留巷段的通風(fēng)和配套安全措施，方可避免老空水的不受影響。

結(jié)束語

實(shí)現(xiàn)大傾角薄煤層綜采工作面的安全順利回采，需要摸索出一套適應(yīng)此類工作面的一系列方法和技術(shù)措施，只有解決好安裝、回采、回撤中所遇到的一些難題，才能確保礦井的安全和高產(chǎn)高效回采。其中大傾角薄煤層綜合機(jī)械化回采中的設(shè)備防倒、防滑是關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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