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，自然發火期3～6個月，普氏硬度係數1～1.3的煤層條件下，通過優化工作麵設計和合理的設備選型，實現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麵的技術經驗、創新點和關鍵技術，並對該技術的難點進行了理論03manbetx 和實踐檢驗03manbetx 總結。
[關鍵詞]高瓦斯;大傾角;厚煤層;長壁綜放;開采技術
一、礦井及工作麵基本情況
大黃山煤礦淺部(+600水平以上)開采，現礦井布置東西翼兩個綜采工作麵，擁有儲量1.6億t，井田麵積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°)，設計生產能力60萬噸/a，核定生產能力100萬噸/a，實際最高年產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經驗。中大槽開采方法以水平分段綜采放頂煤開采技術為主，回采工作麵單產水平6-9萬t/月·個，是典型的中型礦井布置。為了實現高產、高效化生產，大黃山煤礦通過優化工作麵設計和合理的設備配套選型，解決了三機防倒、防滑問題，在傾角43°，平均厚度25m煤層條件下，實現了綜合機械化放頂煤開采，工作麵最高單產達到9萬t/個·月，回采率達87.4%。這種集大傾角、大采高、特厚易燃等多種複雜性於一體的綜放開采技術目前在新疆大黃山煤礦得到解決。
大黃山煤礦+735綜放工作麵回采中大槽層煤，煤層屬單斜構造，傾角30～43°，平均36°，厚度23～27m，平均25m，普氏硬度係數1～1.3。中大槽煤層頂板岩性為細砂岩、中砂岩、粉砂岩、泥岩，局部有0.2～0.5m厚的炭質泥岩偽頂;直接頂為8.0m厚的粉砂岩，在直接頂之上有22～52m厚的砂礫岩，不易冒落，頂板細砂岩抗壓強度為64.23MPa，屬較堅硬岩石，底板為泥質粉砂岩、細砂岩，粉砂岩抗壓強度在20.20MPa，屬半堅硬岩石，細砂岩抗壓強度在61.1MPa，屬堅硬岩石。工作麵巷道布置采用回風巷沿煤層底板(破北三角岩)布置，運輸巷沿煤層頂板布置，瓦斯排放巷沿頂板在煤層內布置，工作麵沿煤層傾斜分層布置，運輸巷與工作麵通過圓弧緩慢過渡接連，工作麵長101m。基本支架選用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。采煤機選用MG-200/500-QWD型交流變頻調速四象限電牽引采煤機，前後部運輸機均為SGZ730/200型準邊雙鏈刮板輸送機運輸，配套設備均選用國產設備。由於工作麵煤層賦存條件、巷道布置及設備配備的特殊性，對工作麵勞動組織管理、設備管理及工程質量、安全生產管理的要求更高;因此，高瓦斯大傾角厚易燃煤層長壁綜放開采工作麵高產、高效的最佳生產管理方式，對於保障大傾角厚易燃煤層長壁綜放開采技術的安全生產、實現管理創新、總結管理經驗具有十分重要的現實意義。
二、大傾角特厚易燃煤層綜放工作麵管理技術經驗
2.1 端頭支護
在工作麵上、下端頭采用了ZT56000/17/32型過渡支架支護，增加了工作麵支護阻力，改善了端頭支護的受力狀況，解決了上端頭北三角煤的維護問題，增加了下端頭工作麵麵工作阻力。大傾角綜放回采工作麵，運輸巷沿煤層頂板布置在+735m標高，回風巷沿煤層底板布置在+770m標高，運輸巷與工作麵采用圓弧緩慢過渡，這種布置方式改善了下端頭支架的受力狀況，解決了下端頭支護難度大的問題，確保了工作麵下出口的安全暢通，同時通過圓弧緩慢過渡布置在一定程度上限製了前後部運輸機的下滑，解決了因運輸機下滑造成的搭接不合理問題，還減緩了工作麵傾角。
具有特殊結構的端頭、端尾支架，很好的解決了上、下端頭的頂板維護問題，確保了前、後部運輸機與運輸巷轉載機的合理搭接。
工作麵上、下順槽端頭區域的頂板維護問題一直是大傾角工作麵上、下端頭管理的難點，為了從技術管理角度上解決這一技術難題，在設備選型和研究設計時，上、下端頭配備了專用支架支護，而且下端頭運輸巷與工作麵采用圓弧緩慢過渡布置，使端頭支架與基本支架間實現了平滑過渡，消除了台階;在上端頭配備帶有可互換型側護結構的端尾支架，解決了回風順槽與工作麵上端頭頂板北三角區支護難題，支護效果良好，回采期間，工作麵上、下端頭區域沒有出現過一次抽頂、冒頂現象。
2.3 優化巷道布置
運輸巷沿煤層頂板布置，回風巷沿煤層底板布置，運輸巷與工作麵間采用圓弧緩慢過渡方式，通過先進、合理的“三機”配套選型，徹底解決了設備的防倒、防滑技術難題。
2.4 工作麵支架的防倒防滑、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係統上的操作閥、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整液壓支架狀況，起到防倒、防滑的作用。
當液壓支架在生產過程中出現倒架時，為了方便倒架的扶正，在液壓支架中梁設計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。
由於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構，尾部重量較大再加上工作麵傾角達43度左右，在移架過程中容易造成液壓支架甩尾。從而造成工作麵液壓支架和前後部刮板機上竄、下滑。嚴重影響工作麵的工程質量和正常的安全生產。通過在液壓支架側護板裝置的改造來解決液壓支架甩尾問題。原來設計頂梁和尾梁的架側護板裝置，可以同時伸縮和頂梁單獨伸縮。而尾梁架側護板不能單獨伸縮，在液壓支架利用架側護板裝置調整支架時隻能整架調整。達不到調尾部的目的。要解決甩尾問題首先把液壓支架架側護板裝置進行改造。一是把原來設計頂梁和尾梁的架側護板的結構進行改進，使尾梁側護板可以單獨伸縮。即在頂梁側護板不動作時，尾梁側護板可以自由伸縮。二是對頂梁和尾梁的架側護板的液壓係統進行改進，使其各有自己的供液係統和操作閥控製，立操作頂梁、尾梁的側護板。並在各係統中增加液壓鎖裝置。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護板伸出多液壓支架尾部進行上調一定的距離。由於頂梁側護板和尾梁側護板是各自獨立的係統。此時頂梁側護板不動作。隻對尾部進行調整。從而達到控製液壓支架甩尾的目的。使支架和刮板機保證夾角在90度左右。達到控製工作麵液壓支架及前後部刮板機上竄、下滑。
2.5 工作麵前後部運輸機的防滑
為了防止前後部刮板機在推移過程中下滑，在前後部刮板機溜槽的設計上進行改造。首先在前後部刮板機溜槽靠支架側設計有安裝刮板機防滑裝置的耳鼻。再是在液壓支架底座上設計有安裝刮板機防滑裝置的耳鼻。在兩耳鼻之間用液壓油缸和26*90的鏈條、銷軸進行連接。在推移前後部刮板機時，通過控製刮板機防滑油缸的伸縮從而達到防止刮板機在推移過程中下滑的目的。
2.6 優化工作麵布置及回采工藝
工作麵巷道采用了運輸巷超前，回風巷滯後的仰斜布置方式，工作麵回采時仰斜推進，偽斜量控製在5-15m之間，沿垂直於仰斜方向推進,降低工作麵傾角。這樣布置一方麵可以減小工作麵傾角, 另一方麵多次推溜拉架後, 輸送機和支架可明顯上竄, 抵消或減少輸送機與支架的下滑量, 從而加強整個工作麵係統的穩定性。移架、推溜工序堅持由下向上的順序進行，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，然後緩慢收回前伸梁使支架前移，支架前伸梁頂住煤壁，支架到位後將支架升緊。這種移架方式保證了及時支護頂板，機道上方不空頂，前伸梁始終頂住煤煤壁，保證了支架端麵不冒落。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。出現傾倒和錯位支架時，以調整應以下鄰架為依托, 通過側護板、底調梁推下鄰架的方式進行。
工作麵割煤方式為由上向下單向割煤,既有利於減小牽引阻力和防止采煤機下滑,同時也有利於采煤裝煤 ( 可防止煤向采煤機下方及人行道側拋灑)。缺點是增加設備運轉時間。
放煤由專職放煤工負責，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複支撐、支架尾梁上下擺動等綜合方式鬆動頂煤。放煤從第67-55副支架開始依次將支架上方頂煤全部放淨，55架後每架先預放頂煤三分之一，以鬆動頂部煤體，放第一輪煤超過10副支架後，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鬆動，便於放出整體煤量。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，防止壓後部輸送機。
通過回采工藝的改進和總結，有效地防止了工作麵設備的下滑、支架尾梁下擺、前溜上竄，減少機電設備02manbetx.com 的發生，降低了材料消耗，充分發揮了設備的性能。
2.7 采用黃泥灌漿和注氮相結合的綜合防滅火技術
放頂煤開采過程中，采空區難免有浮煤遺留，防滅火問題是確保工作麵順利開采的關鍵，大黃山煤礦在回采過程中采用黃泥灌漿和注氮相結合的綜合防滅火技術很好地解決了放頂煤開采的采空區防滅火技術問題，保證了安全生產。
2.8瓦斯治理
在開采過程中由於礦井自身細高瓦斯礦井，因此瓦斯防治問題一直都是開采一項重點工作，在開采期間為防治瓦斯超限問題，在工作麵布置前針對運輸巷、回風巷、瓦斯排放巷在掘進過程中采用工作麵布置鑽場及沿走向、傾向布置大口徑呈扇形狀抽放鑽孔，同時進行煤層注水，降低煤塵的同時增加瓦斯湧出量。在回采過程中采用均壓通風方式，利用工作麵上部原八尺槽巷道對工作麵采空區進行鑽孔抽放，有效降低工作麵瓦斯湧出超限現象。
三、大傾角特厚易燃煤層綜放開采關鍵技術
3.1 支架移設及倒架預防
急傾斜大傾角特厚易燃煤層開采支護係統中，由於重力分解的正壓力及下滑力隨工作麵傾角增加而變化，使得下滑力增大，正壓力減小，從而造成工作麵支架所承受的載荷變小引起支護係統外載(或偏載)加大，支架下滑、傾倒及支架間擠、咬架現象加劇;同時由於放頂煤開采，容易造成支架接頂不實而傾倒;另外，從生產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力造成頂煤破碎、煤幫側切頂而誘發倒架。
3.1.1 加強礦壓觀測及超前預報工作，工作麵頂板來壓前要嚴格控製放頂煤煤量，支架移設後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 保證移架質量，支架移設要一次到位，避免多次移架，在移架時降架高度不要超過側護板高度的三分之二，使支架盡量帶壓擦頂移架，升架後片閥保壓3～5秒。另外由於架頂虛煤有一個壓實的過程，支架移到位升起後一次達不到初撐力，在升起半小時後再補一次壓以保證足夠初撐力，防止支架接頂不實而傾倒。
3.1.3 嚴格工程質量，控製好支架支護狀態。要根據工作麵底板變化情況，及時調整偽斜量保證工作麵坡度一致，防止局部變坡點支架傾倒;同時要嚴格控製支架間側護板錯茬不超過10cm，支架頂梁出現高低錯茬及下傾時要盡快調整處理後再生產;另外要提高割幫工序質量，嚴格控製好挑頂臥底量,工作麵1-10架緩慢過渡，為整體支架的移設及保證良好的支護狀態打好基礎。
3.1.4合理推溜方式，為防止支架下滑，煤機入窩進刀選擇在工作麵中上部，下行割煤，推溜時采取由下而上依次順序推溜，增加推杆向上的分力;當工作麵支架出現上移現象時，及時改變推溜方式，煤機入窩進刀選擇在中下部，上行割煤，先拉機尾，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鍵技術，由於傾角大，頂煤垮落後會沿傾斜方向滾動和下滑，放頂煤操作既要保證支架的穩定性，同時又要確保回采率和煤質，技術操作難度大。通過對頂煤運移規律的觀測及各種放頂煤方案的試驗對比，確定工作麵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。通過現場觀測放煤對相鄰支架的最大影響範圍一般為15-20m，工作麵不同傾角的位置放煤時，對相鄰支架的影響範圍也不相同，因此工作麵不同傾角條件下可采用不同的放煤順序。
四、結束語
(1)大黃山煤礦大傾角特厚易然煤層實現綜采放頂煤開采，解決了大傾角開采條件下的諸多技術難題。三機選型和研究設計配套合理可靠，經濟效益顯著，該技術的成功，解決了高瓦斯大傾角厚煤層放頂煤開采技術難題。
(2)工作麵過渡設計及巷道布置，巧妙的解決了大傾角開采條件下工作麵上下端頭的維護問題，為上下端頭支護設備選型及工作麵設備的防倒防滑技術拓寬了思路。
(3)“三機”防倒防滑裝置及端頭端尾支架結構、端頭支架放煤機構新穎獨特，防倒、防滑性能良好，安全實用，為實現放頂煤開采奠定了良好的基礎。
