大倾角中厚煤层综采面防飞矸液压支架的研究与应用

张建

摘 要：新汶矿业集团有限责任公司协庄煤矿开采水平已进入了-850水，开采埋深达到1000 m以上。进入深部采区后，开采条件异常复杂，除了受水、火、破碎顶板、冲击地压等灾害威胁外，深部工作面煤层大倾角安全开采成为了重点研究和解决的问题之一。协庄煤矿在多年的大倾角开采经验的基础上，研究并投用了大倾角防飞矸液压支架，提高了大倾角安全防护的可靠程度，实现了煤机与移架推溜的平行作业，提高了工作面劳动效率及开机率，极大地解放了大倾角工作面的生产能力。

关键词：大倾角 防飞矸支架 可靠程度

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（a）-0024-01

1 工作面概况

1.1 工作面位置

2403W综采面位于协庄煤矿-850水平二采上山区四层煤西翼第一个块段。工作面南起回风巷（巷道底板标高-633.5～-707.7 m），北至运输巷（巷道底板标高-720.5～-834.5 m），西至工作面切眼，东至-850二采轨道上山保护煤柱。工作面东西走向长1088 m，南北倾斜宽207-267 m，平均213 m，倾斜面积232148 m2。工作面范围内地表标高+151 m，煤层平均埋深875 m。工作面以北为F16断层保护煤柱；以南为2402W工作面未开拓；以西为井田西翼剥蚀边界；以东为-850水平二采上山保护煤柱。工作面上覆二层煤已开采，下伏六、十一、十三层煤均未开拓，对应地表为农田，无河流及其它建筑物。

四层煤为矿井主要可采煤层之一，结构简单，硬度中等，工业牌号为气煤，视密度1.34 t/m3。煤岩组分以亮煤为主，暗煤次之，属半亮型煤。根据资料，工作面范围内煤层走向98～127 °，倾向NE，煤层平均倾角36°。煤厚2.40～2.85 m，工作面平均煤厚2.60 m。

1.2 采煤方法及工艺

2403W综采工作面采用单一走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。采用综合机械化采煤工艺，使用MG300/700-WD型双滚筒采煤机落煤、装煤，SGZ-730/400型刮板运输机运煤，SZZ730/200型桥式转载机运煤，ZY3400/14/32液压支架支护顶板。

1.3 工作面产能分析

2403W工作面走向长1088 m，倾斜面长213 m，倾斜面积232148 m2，按照6循环/天计算，工作面月度单产可达到8.0万吨以上。因此，2403 W工作面装备了大功率的综机设备，提高工作面综采生产能力（如表1）。

2 大倾角工作面开采技术方案研究

2.1 传统大倾角工作面安全防护措施的不足

2403W在装备了大功率综机设备后，制约产能释放的问题石工作面大倾角开采的问题。传统的大倾角安全防护措施主要有两种：①机道挡矸板：使用高分子材料制作的一种挡矸板，上端用2根小型号链条固定在支架顶梁固定环上；下端用1根小型号链条固定在溜槽挡煤板上，另一端由于靠近煤壁无法固定。②尼龙网柔性封闭网：即使用尼龙材质的柔性方格网将机道与人形道进行封闭，防止大块煤矸飞出机道进入人行道出现伤人事故。柔性防飞矸网上端用∮25.4 mm的钢丝绳固定在支架顶梁上方，下端用“S”钩扣在溜槽挡煤板上。在实际应用中，柔性放飞网虽然能够减缓飞矸的冲击，但强度较小，经常出现煤矸冲破柔性网进入人形道的情况。根据经验计算，大倾角工作面平均每3个月就要更换一次柔性放飞网，增加了生产成本。

以上两种方式存在以下不足：①由于频繁升降支架，钢丝绳出现拉伸变形甚至断裂，导致上部间隙过大，片落的煤矸可能进入人形道；②煤机在割煤时，必须提前人工将挡板、防护网收起，煤机过后再放下，人工消耗体力较大。

2.2 传统大倾角防护措施给生产带来的制约

传统的大倾角安全防冲措施对工作面生产制约非常大，严重影响了生产效率的提高。根据有关规定，大倾角工作面煤机开机期间，以下严禁有人，给生产工序带来了以下弊端：①煤机割煤前，人工提前将煤机以上（以下）的机道内挡矸板、柔性网收起。煤机割煤时，除煤机司机外无其他人员，上下方无法移架推溜，待煤机停机后，人员方可移架操作，煤机割煤与移架、推溜无法平行作业，生产效率无法提高；②煤机在下端头处进刀割煤时，推移机头、回撤端头支柱（或端头支架）无法与煤机割煤平行作业，必须确保在煤机停止状态下方可进行施工，降低了生产效率。根据计算，同样采场条件下，大倾角综采面比近水平综采面单产低30%左右，制约了大倾角工作面的安全高效生产。

3 大倾角防飞矸支架的改进与应用

3.1 问题的关键点分析

在充分剖析现有大倾角防飞矸开采技术不足的前提下，提出了解决问题的关键点：①增加防飞矸设施的强度，提高挡矸的可靠性；②解决能够快速收放的问题，实现割煤与移架、推溜的平行作业。

3.2 解决问题的办法

通过对ZY3400/14/32支架结构的分析研究，对普通ZY3400/14/32液压支架进行了如下改进：即在支架顶梁下增加了一块刚性挡板，将刚性挡板用销轴固定在支架顶梁下，在挡板与顶梁之间增加一台油缸（液压千斤顶）实现其收降操作。现场操作时，煤机割煤时，人员超前煤机割煤地点5～10 m将挡板收起；煤机割煤过后，支架工紧跟煤机将挡板降下，由于操作的阀柄的动力介质为高压乳化液，动力较大，实现了快速操作，降低了机道与人行道暴露的面积、时间，有效防止了大块煤矸的飞出。煤机在前割煤，支架工紧随其后移架、推溜，减少了煤机停机时间，提高了劳动效率及开机率。

4 取得的效益

2403W面装备了ZY3400/14/32型防飞矸支架，代替了柔性防护网封闭机道，提高了安全性和工作效率。通过职工防飞矸支架操作不断熟练，实现了大倾角工作面跟机作业，提高了工作面生产效率，为开采类似条件的工作面积累了丰富的经验。工作面防飞矸支架后，月度平均单产8.2万t，比以5万吨提高了3.2万t。按照吨煤利润219元/t，年度增加经济效益82000×12×219=8409.6万元≈8410万元。endprint