急倾斜中厚煤层安全高效开采保障技术研究

张先成

摘 要：为实现急倾斜中厚煤层的安全、高效开采，通过组织研究和现场技术指导，不断完善和改进设备、设施部分功能和开采工艺。经过改进，有效解决了急倾斜综采工作面顶板支护和防飞矸技术难题，杜绝冒顶和飞矸伤人事故，安全状况得到改善，实现急倾斜煤层安全、高效开采，提高了工作面产量和工效，降低了工人劳动强度。

关键词：急倾斜；中厚煤层；综采；防倒防滑

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）12-0049-02

广能公司绿水洞煤矿随着开采水平的延伸和开采深度的增加，矿井地质灾害越来越严重，矿井地质条件也变得越来越复杂，+350 m水平规划开采区域大部分煤层倾角已经达到或超过45°，属于急倾斜煤层开采范畴，而且绿水洞煤矿现已升级为煤与瓦斯突出矿井，工作面在回采过程中存在煤层瓦斯带来的影响。要想改善煤矿井下工人的作业环境，降低工人劳动强度，提高矿井煤炭产量和生产效率，就需要对矿井复杂地质条件下急倾斜煤层开采技术进行深入研究。

1 急倾斜综采设备性能及防倒、防滑

1.1 双滚筒采煤机

急倾斜综采工作面采用MG250/620-QWD采煤机为无链牵引，利用采煤机牵引箱的驱动齿轮和行走箱的行走齿轮与安装在运输机上的销排啮合，另一侧利用滚轮在输送机靠煤壁侧的铲煤板上滚动以保持机身平衡。采煤机设置有液压制动系统，在保证一个制动器失效的情况下也能满足采煤机的运行和制动，从而不因仅有一个制动器而出现采煤机下滑的现象。割煤方式由双向割煤调整为下行割煤、上行收浮煤的方式。

1.2 刮板输送机

刮板输送机采用SGB-730/160型，因工作面采煤机是骑在刮板输送机上的，同时输送机作为采煤机运行的轨道，所以刮板输送机是保证采煤机稳定运行的关键。刮板输送机是通过工作面液压支架与输送机的硬性连接进行控制，液压支架对刮板输送机下滑有较大的控制能力，只有保证液压支架不下滑，刮板运输机才不会下滑。

1.3 液压支架

液压支架采用ZJ3600/15/36型，支架采取主动防倒、防滑机构，即顶梁左右侧护板和底座双侧调架梁在支撑状态下移架，可防止移架过程倒架、滑架，能使液压支架与工作运输机始终保持垂直的理想使用状态。

架前旋转保护装置：重新对支架推溜框和推溜框与工作面运输机的连接头进行了优化设计和改造，加长了推溜框，增加了连接头长度和强度，调整了连接头与运输机的连接方式，有效提高了工作面刮板运输机止滑效果。

规范并调整了回采工艺中的移架顺序，即由原自下而上移架调整为自上而下顺序拉架、调架，解决了原支架无上行位置时向上排架困难的问题。

1.4 上端头液压支架

上端头液压支架采用ZTJ4600/13/31型支撑掩护式上端头液压支架，适应的采高范围在1.6～2.9 m。该支架与工作面具有以下作用：增强底板强度，提高生产效率，适应煤层倾角变化且不下滑，增强对煤壁侧顶板的控制和起护帮的作用，减少机尾段煤壁片帮造成的影响。该支架于2011-04获国家知识产权局实用新型专利授权，专利名称为“一种用于大倾角采煤工作面的上端头液压支架”，专利号为ZL201020514323.X.

1.5 下端头液压支架

下端头液压支架采用ZTHJ11400/15/23型横式端头支架，这种支架顶梁可随煤层倾角变化支撑顶板，且立柱行程大于升降座千斤顶行程，可使顶梁向上摆角适应顶板倾角变化，能承受大倾角煤层复杂顶板压力和动力，且支撑状态稳定、承受压力强、空间占用小、适应能力强。该支架于2009-07获国家知识产权局实用新型专利授权，专利名称为“一种倾斜和急倾斜煤层门形底座端头液压支架”，专利号为ZL200820099353.1.

2 急倾斜综采工作面安全防护

2.1 护壁板

工作面机尾采煤机停机检修段（长度不超过20 m）和采煤机电缆接线盒处由于未安装架前挡矸门，液压支架经常无法完全对支护煤壁侧顶板，因此对机尾段液压支架特别增设了护壁板，以防止煤壁片帮飞矸伤人。

2.2 架前挡矸装置

架前挡矸板主要包括挡矸板、挡矸板加强筋、千斤顶、千斤顶连接上座、千斤顶连接下座、千斤顶伸缩杆连接座、翼板等。翼板通过翼板连接螺栓连接在挡矸板上，并安装在挡矸板左侧，与挡矸板呈15°连接。这样做不仅不影响相邻液压支架架前挡矸板的对接安装，而且可有效防止飞矸从相邻两架挡矸板之间的间隙窜出伤人。当工作面换向开采时，翼板可安装在另一侧，满足不同采煤工作面方向的开采要求。机尾采煤机除停机检修位置外，工作面必须安装架前挡矸门，且处于常闭状态，防止片帮煤矸飞窜伤人。工作面除检修设备、清收浮煤、处理采煤机电缆及电缆夹可将架前挡矸门降下外，正常情况下应使架前挡矸门全部升到位。

2.3 架前挡矸柔性皮带

因采高变化或采煤机司机未将顶底板割平，使架前挡矸门与液压支架顶梁之间出现空隙时，采用增挂柔性架前挡矸皮带，可对架前实现全封闭，防止飞矸窜入。沿工作面倾斜方向在液压支架架前间隔布置柔性挡矸皮带，防止液压支架与刮板输送机之间通道煤矸滚落伤人。该皮带安装简单方便，拆卸更换便捷。

2.4 架间挡矸装置

在使用挡矸装置时，通过液压千斤顶活塞杆伸出和收回，将横向挡矸门从纵向挡矸门中拉出，起防飞矸、架间调矸伤人的作用。当有人员需要通过挡矸装置时，将千斤顶活塞杆收回，横向挡矸门被推回纵向挡矸门内，活塞杆的伸缩采用阀片操作，比人工推拉更省力。横向挡矸门通过螺栓与吊挂门上的导向孔连接，手动挡矸门采用嵌入式置于横向挡矸门中，通过限位螺栓限位。在采煤工作面分段布置的液压支架顶梁上侧设置挡矸门，要求既能上下升降，又能左右开关。当煤层倾角<45°时，架间挡矸门每10架支架间设置一组架间挡矸门；当煤层倾角≥45°时，每5架支架间设置一组架间挡矸门，架间挡矸门需处于关闭状态。

2.5 下端头可伸缩移动挡矸装置

当工作面煤层倾角超过煤的自然安息角时，工作面采下的煤（矸）加速下滚下窜，到达工作面下口时速度最快，冲击力最大，难以保证下出口的人员通行以及支柱、回柱、转载机机尾维护等工作人员的安全。经过反复研究决定，在采用3个横式端头支架的基础上，在端头支架上设置可伸缩挡矸板，确保支架立柱与后侧连杆之间人员通行的安全。下端头可伸缩移动挡矸装置主要包括上挡矸板、下挡矸板、上挡矸板连接螺栓等。

3 结论

绿水洞煤矿采用多项具有自主知识产权的专利成果，在急倾斜综采工作面成熟运用综采配套设备，有效解决了在急倾斜煤层采用综合机械化开采中遇到的“三机”防倒、防滑等技术难题，并且对采煤工艺进行了技术变革，不断创新。在采用急倾斜综采技术后，3211综采工作面平均月产量达到51 577 t，年单产量达到618 900 t，年创造经济效益达到5.25×106元，工作面资源回收率达到98.93%，成效显著，对我国急倾斜煤层资源实现综合机械化开采起到重大的推动作用，为同行业类似地质条件下急倾斜煤层的开采提供了重要的技术研究方向。

参考文献

[1]李开学.急倾斜煤层采煤方法分析与矿压控制[D].重庆：重庆大学，2008.

〔编辑：刘晓芳〕