王世豪

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)燕家河煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 042100）

引言

急傾斜煤層傾角一般在45°以上，甚至倒轉(zhuǎn)分布。煤層的厚度多變，由于地質(zhì)構(gòu)造作業(yè)對(duì)煤體的不斷擠壓，煤層呈現(xiàn)出多種結(jié)構(gòu)。煤質(zhì)較脆，頂?shù)装逡脖容^破碎，開采時(shí)容易引發(fā)煤體及頂?shù)装迕奥?。急傾斜煤層自然著火及煤塵爆炸問(wèn)題比較嚴(yán)重。傳統(tǒng)急傾斜煤層所選用的采煤方法，一般是炮采加單體支柱鉸接頂梁進(jìn)行工作面支護(hù)。煤炭產(chǎn)量較低，而且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，生命安全也難以得到保障?，F(xiàn)對(duì)某礦采用綜合機(jī)械化開采急傾斜煤層進(jìn)行分析研究。

1 急傾斜煤層概況

某煤礦開采急傾斜煤層，平均煤厚1.6 m，傾角56°~64°，平均60°，頂板條件中等穩(wěn)定，采用傾斜柔性掩護(hù)支架采煤方法進(jìn)行布置，工作面走向長(zhǎng)310m，傾斜長(zhǎng)度90 m，偽傾斜開采角度32°。該煤礦周邊大多使用炮采工藝，煤炭產(chǎn)量得不到提升，而且安全事故頻發(fā)，煤礦工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大。因此，為了推動(dòng)急傾斜煤層機(jī)械化進(jìn)程，提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益，該礦決定應(yīng)用機(jī)械化開采，下面對(duì)其實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析研究。

2 機(jī)械化設(shè)備

2.1 支護(hù)方式

該礦9 號(hào)煤層基本頂為泥巖，頂?shù)装宸謩e為粉砂巖、泥巖。因此該礦選用了ZQY3600/12/26 型號(hào)的急傾斜柔性掩護(hù)式液壓支架，工作阻力可達(dá)3 600 kN、初撐力可達(dá)3 092 kN，如表1 所示。在實(shí)際工作面進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程中，一般不設(shè)單體支柱進(jìn)行控頂，若出現(xiàn)煤層較為破碎或冒頂事故，可鋪設(shè)木垛或單體支柱進(jìn)行背護(hù)。液壓支架出現(xiàn)擠架等情況時(shí)，或支架落架后，頂?shù)装鍥]有被尾梁支撐時(shí)也可進(jìn)行單體支柱支護(hù)控頂，保障工作面的安全生產(chǎn)。單體支架與液壓支架的配合適用，極大地保障了工作面生產(chǎn)的有序進(jìn)行，提高了工作面及巷道的穩(wěn)定性[1]。液壓支架的選擇應(yīng)遵循以下幾個(gè)方面：具有安全防護(hù)設(shè)施以確保工作人員安全；較高初撐力以滿足該礦復(fù)雜的頂板條件；急傾斜煤層支架應(yīng)具有防倒防滑裝置以及調(diào)架能力；斜拉及側(cè)護(hù)裝置以及與刮板機(jī)支架的鉸接設(shè)施等。由于該礦水平應(yīng)力對(duì)上覆巖層的影響，巷道極易發(fā)生片幫及頂板冒落事故，要在支架前增設(shè)護(hù)幫板。

表1 液壓支架參數(shù)

2.2 擋矸裝置

三種擋矸裝置：機(jī)道擋矸裝置，分剛性以及柔性兩種，每7 架液壓支架配置一套，并保持不間斷運(yùn)行，隨采煤機(jī)運(yùn)行之后關(guān)閉。該設(shè)備保證了工作面片幫甚至發(fā)生冒頂事故時(shí)，及時(shí)阻止煤或矸石大量涌進(jìn)工作面，降低采煤機(jī)工作中割下煤在刮板機(jī)內(nèi)的下滑速度以及做到矸石與煤的分離作用；人行道與機(jī)道之間也設(shè)有擋矸裝置，該設(shè)備附帶擋矸板，且不受煤層厚度變化的影響，可防止煤和矸石亂入人行道，對(duì)行人的安全造成威脅；同樣人行道擋矸裝置也可避免煤與矸石砸傷人或損壞設(shè)備，也可兼做采煤機(jī)司機(jī)或支架工的工作臺(tái)。

2.3 采煤機(jī)械

因煤層傾角較大，該礦選用有鏈牽引采煤機(jī)，可實(shí)現(xiàn)與液壓支架在工作面的配合使用，整機(jī)由安裝底座、電機(jī)箱、牽引部、滾筒、牽引鏈等組成，由兩平巷的固定裝置對(duì)鏈條進(jìn)行固定，以實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)在兩牽引鏈條上進(jìn)行割煤作業(yè)，并通過(guò)推移平巷中的固定裝置來(lái)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行移動(dòng)。采煤機(jī)機(jī)身長(zhǎng)2.3 m、寬度0.8 m，電壓1 140 V，整體質(zhì)量較輕，只有3 t，便于工作面的搬家以及設(shè)備的維修。滾筒截深0.5 m，通過(guò)牽引部的搖臂進(jìn)行連接，寬度0.8 m，直徑0.4 m[2]。采煤機(jī)進(jìn)行割煤作業(yè)時(shí)，由下而上進(jìn)行割煤，通過(guò)不斷地推動(dòng)固定裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)在工作面的往返推移。并使其按預(yù)定的軌道進(jìn)行采煤作業(yè)，具體如圖1 所示。由于工作面傾角較大，采煤機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中除與煤壁之間產(chǎn)生摩擦力外，還需克服其重力沿水平方向的分力，因此，這對(duì)鏈條的強(qiáng)度要求較高，應(yīng)選用足夠強(qiáng)度的鏈條，以保障采煤機(jī)正常的工作以及對(duì)采煤機(jī)設(shè)備的安全牽引。該煤礦采煤機(jī)的鏈條為圓環(huán)鏈，具有極高的強(qiáng)度，可滿足采煤需求。采煤機(jī)在電機(jī)端設(shè)有液壓制動(dòng)裝置，可避免采煤機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下因傾角大發(fā)生下滑。制動(dòng)裝置有兩個(gè)，在采煤機(jī)正常工作時(shí)處于停機(jī)狀態(tài)，當(dāng)采煤機(jī)停止工作或準(zhǔn)備開機(jī)時(shí)，制動(dòng)裝置會(huì)啟動(dòng)，進(jìn)行抱閘，防止采煤機(jī)的下滑失控。大傾角采煤機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行，尤其是制動(dòng)系統(tǒng)以及牽引部，該采煤機(jī)質(zhì)量較小，可對(duì)整體進(jìn)行升井維修，也及時(shí)對(duì)易磨損零件或失效零件進(jìn)行更換或維修，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行油液的及時(shí)補(bǔ)充更換，保證采煤機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行[3]。

圖1 采煤機(jī)工作面運(yùn)行簡(jiǎn)圖

2.4 運(yùn)輸設(shè)備

因急傾斜煤層傾角過(guò)大，煤體直接從底部溜煤眼冒落，因此無(wú)法選用該刮板輸送機(jī)進(jìn)行煤炭輸送，該礦采取了攉煤設(shè)備將煤體攉至溜煤眼，然后由刮板機(jī)、皮帶等設(shè)備運(yùn)至地面。這種設(shè)備通過(guò)采煤機(jī)上的鏈條進(jìn)行爬行作業(yè)，設(shè)備上有電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的齒輪裝置，固定在鏈條上運(yùn)行。該設(shè)備上的刮板可以根據(jù)采煤機(jī)割煤深度進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，從而保證割落的煤能夠全部落到溜煤眼內(nèi)。設(shè)備在采煤機(jī)運(yùn)行10 m 左右時(shí)進(jìn)行一次工作，攉煤量可根據(jù)割煤量進(jìn)行計(jì)算。該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是可以依托蓄電池供電，也可鋪設(shè)電纜進(jìn)行供電，但要先行鋪設(shè)電纜且安裝電纜滾筒，以保證電纜的正常收放，防止干擾設(shè)備運(yùn)行。兩種供電方式，可以保證充足的電量供應(yīng)，保障設(shè)備的安全運(yùn)行。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

1）安全可靠程度大大加強(qiáng)，工作面柔性掩護(hù)式液壓支架的使用，支架兩兩之間的間隙只有5 cm 左右，端面積也明顯減小，為采煤機(jī)提供了良好的運(yùn)行空間。一般急傾斜煤層上覆巖層在煤層開采過(guò)程中會(huì)發(fā)生變形，其規(guī)律是在煤層開采過(guò)后直接頂正常垮落，上方矸石在自重作用下，會(huì)向工作面下部發(fā)生滑落，冒落的矸石可對(duì)工作面進(jìn)行充填。上區(qū)段煤柱在開采過(guò)程產(chǎn)生變形，老頂發(fā)生破斷[4]。而該礦整體機(jī)械化綜采設(shè)備的配套使用，使得工作面開采作業(yè)變得更加安全可靠，避免了頂板的不穩(wěn)定破斷現(xiàn)象。

2）該礦工作面舍棄急傾斜煤層下采煤常用的偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法，改炮采為綜采，使得每班產(chǎn)量由約60 t 增加到采煤機(jī)綜采的150 t。煤礦采取“四六制”生產(chǎn)方式，按年工作300 d 計(jì)算煤炭產(chǎn)量，單個(gè)工作面可為煤礦提高81 000 t 的煤炭產(chǎn)量，每班作業(yè)人員也由原來(lái)的16~18 名降低到10~12 名，不僅降低了煤炭工人的用工率，節(jié)省了煤礦工人的用工成本，還提高了煤炭資源的開采率。工作面機(jī)械設(shè)備的用電量總量只有190 kW，設(shè)備電耗較少，用電成本得到了節(jié)約。因此，該機(jī)械化采煤方法，極大地降低了煤礦工作面的生產(chǎn)成本，提高了煤炭產(chǎn)量。

3）工作面設(shè)備操控較為簡(jiǎn)單，急傾斜柔性掩護(hù)式液壓支架可具有電液自動(dòng)升降系統(tǒng)，而大傾角工作面可實(shí)現(xiàn)支架的自動(dòng)滑移，這種液壓支架還可以進(jìn)行拆解，只需2~3 名工人即可進(jìn)行操作。采煤機(jī)總質(zhì)量只有3 t。因此整體設(shè)備簡(jiǎn)潔，對(duì)工作面搬家以及設(shè)備維修提供了極大便利。

4）該礦的急傾斜綜采機(jī)械化設(shè)備，適用于45°以上的煤層，適用范圍較廣，也為全國(guó)大傾角煤層的機(jī)械化開采提供了成功案例。

4 結(jié)語(yǔ)

急傾斜煤層實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開采，不但可以極大地提升工作面的開采效率，提高煤炭產(chǎn)量，更保障了井下工作人員的生命安全，也為其他惡劣條件下煤層的機(jī)械化開采提供了可能。給國(guó)內(nèi)急傾斜煤層機(jī)械化開采提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，這也對(duì)煤礦企業(yè)的可持續(xù)化發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。