综放工作面大倾角俯采的技术研究和实践

陈光敏，徐 辉，高 川

（1.中煤西沙河煤业公司，山西 朔州036002；2.大屯煤电公司姚桥煤矿，江苏 沛县221600）

1 工作面概况

姚桥煤矿7011工作面位于姚桥矿中央下山采区，东南为7009工作面采空区，东北为袁堂断层防水煤柱线；工作面两道走向长2500m，其中大倾角俯采段：材料道500 m，平均角度12°，最大角度16°；溜子道700m，平均角度16°，最大角度20°。工作面为低瓦斯，煤层具有自然发火倾向，自然发火期1～3个月，煤尘具有强烈爆炸的危险。7011工作面三机配套为：采煤机型号为MG－400／930电牵引采煤机，基本支架型号为ZFY－6800／16／28型放顶煤支架，共121台，过渡支架型号为ZFG－7200／18.5／32，共7台，机头4台，机尾3台，端头支架一组，型号为ZT－18560／18／32，前、后部刮板输送机型号为 SGZ－800／1050，转载机型号为SZZ－1000／400型桥式转载机，破碎机型号为PCM200重锤式破碎机。

2 工作面特点分析

1）7011溜子道走向长度2500m，计划小时运量1000t，安装DSJ－2×315／100、和DSJ－2×500／120带式输送机各一部，其中700m大倾角下运段安装DSJ－2×500／120带式输送机。带式输送机在重载下运时，煤体有沿皮带运行方向的分力mgsinθ（见图1），对皮带有作用力。运行过程中冲力太大，胶带拖动电机旋转，电机处于发电状态，在此情况下，皮带在运输过程中极易发生打滑、飞车事故。

图1 皮带机上煤体分力示意

2）大倾角俯采，工作面设备处于倾斜状态，对设备正常运行极为不利：工作面刮板输送机的刮板在重力的分力mgsinθ作用下滑向工作面煤壁侧，可能造成刮板磨损煤壁侧溜槽；煤机的重力分力mgsinθ主要作用在销排上，极易磨损销排和煤机滑靴；工作面支架由于下刹角度不足，极易损坏推移千斤顶。另外，由于煤机装煤效果不好，且煤机到机头、机尾割煤时煤冲向前方，造成机头、机尾过渡槽前堆煤较多，稍不注意，极易造成过渡槽与机头架的连接螺丝推撸或推断，使刮板运输机不能正常运行。

3）大倾角俯采工作面老塘容易蹿矸，对工作面上下出口的安全管理威胁较大。老塘放出的煤极易堆到后部输送机前方，影响放煤视线，同时影响后部输送机的拉移。

4）俯采工作面防灭火难度大。常规注浆方式无法满足防灭火需要，不仅达不到防灭火效果，反而会造成工作面水害，不利于生产组织。

3 工作面俯采的技术要求

3.1 皮带改造

针对下运带式输送机的运行特点，对DSJ－2×500／120带式输送机进行了改造。

（1）张紧绞车布置位置的确定：输送带的正确张力是保证输送机安全可靠运行的首要条件之一。但带式输送机起止瞬间形成的带张力会给输送机的运行和控制带来很大的不利影响，严重的破坏性张力波可能会使长距离带式输送机迅速减速乃至停机。由于下运带式输送机重载下运时，物料向下的势能较大，受力为向下的物料张紧底胶带，使得底胶带始终处于张紧状态，而上胶带则为松边，为了使张紧绞车张紧松边，防止由于张紧不合适而导致断带事故的发生，同时延长胶带的使用寿命，因此将张紧绞车布置在卸载滚筒与驱动滚筒之间。

（2）张紧方式的选择：下运带式输送机在重载下运和空载启停时对张紧力的要求差别较大，启动时由于惯性力的作用，胶带输送机从静止状态开始运行至设定速度，此时需要的张紧力较大，只有足够大的张紧力 才能确保驱动滚筒与胶带产生足够大的摩擦力来拖动整条胶带运转；而重载下运时由于有向下的势能，同时胶带输送机速度基本恒定，因此需要的张紧力较小，为了满足重载、空载情况下运带式输送机对张紧力的不同要求，经过研究分析，选择能够根据负载情况进行实时调整的张紧装置，该装置由液压站和液压油缸及蓄能器组成。

（3）为了防止胶带输送机在重载时，发生“飞车”现象，根据现场实际情况，只有增大下运时的阻力才能够防止飞车现象的发生，为此在下运段安装阻尼托辊，该托辊运转阻力大，经过实际应用能够有效防止胶带输送机在重载时放飞车事故的发生；同时在驱动滚筒处安装盘式制动器，通过控制系统对盘形制动器液压站上压力变送器以及安装在胶带输送机上的速度传感器进行速度检测，当速度超过设定速度值时，控制系统对盘形制动器液压站上的比例阀进行控制，对制动压力进行调节，通过盘形制动器对胶带输送机进行适当减速，当速度降至设定速度时，盘形制动器全部打开，带式输送机正常运转，通过对盘式制动器的控制有效的防止放飞车事故的发生；此外安装二次卸载点能有效避免飘带现象的发生，同时也增大了皮带下运阻力。

3.2 回采工艺的正确操作

由于大倾角俯采，工作面从切眼平推到俯采达到下山角度，要有一个过渡阶段，要像掘进一样进入一次、二次甚至三次变坡。根据支架底座的长度，一个长度段一次变坡。从平推到5°～6°，再到10°左右，最后达到16°下山俯采。在此过程中，如果角度掌握不好，突然下刹角度过大，可能造成支架推前部输送机时，将溜槽老塘侧掀起，阻碍溜槽的前移，达不到推移步距，易损害推移千斤顶。为了减少过渡段距离，切眼掘进时可将底板向前人为造成一个斜坡，以便尽快进入俯采状态。为了严格控制支架角度和溜子角度保持在同一平面上，每班的管理人员必须认真测量支架、前溜、煤层的角度，当层位失控，出现下刹角度过大，影响煤机运行时，应利用千斤顶在前溜铲煤板侧挂在支架前梁处吊起垫好，以减少角度，此时要注意吊挂设备牢靠，防止出现意外伤人事故，如角度较小时，要将前溜拉回，煤机重新扫底，以保证下刹角度达到要求。支架前移时，要将支架前方及架间浮煤清理干净，以保证支架与前溜角度相吻合。

3.3 两道出口的管理

工作面两道出口在没有使用端头支架时，出口的管理难度较大，特别是安全管理，老塘悬顶冒落时，可能冲垮出口的抬棚支护，窜矸伤人。目前姚桥矿在7011工作面机头出口使用了ZT－18560／18／32型端头支架，机尾出口尽量增加过渡支架，减少抬棚支护，这样既减少了工人的劳动强度，又增加了安全系数，同时老塘侧要悬挂挡矸帘，防止老塘窜矸伤人。另外，生产过程中，两道出口过渡槽处的卧底量是出口管理的重点，如处理不好可能造成出口上飘，形成木楔形压死支架，致使支架后尾压在后部电机齿轮箱上无法生产。因此，必须确保煤机在出口处的卧底量，必要时要准备好风镐，采用人工卧底，保证出口向前推移畅通无阻，否则还容易造成出口过渡槽与机头架的连接螺丝推断。

3.4 防灭火的安全管理

开放式压注CO2是解决俯采工作面防灭火最有效的办法，该矿在俯采工作面安装前在工作面两道及切眼内铺设多趟管路，在要害地点留设出口，例如掘进高冒点、断层带等煤易氧化发生煤炭自燃的地点，均留设压注CO2的出口。工作面在回采过程中压注CO2前要对两道打设密闭墙进行封堵，减少CO2直接从两道溢出。开放式埋管压注CO2气体释放出口距离工作面要有一个合适的位置，离工作面太靠老塘达不到效果，离工作面太近易溢出。进风侧一般设置两路，释放出口以距工作面为50～60m和80～90m为宜，如果无法保证管口到工作面距离时，要埋设三趟管路，每趟管路间距30～40m陆续拆开，并增加三通阀门，铺设管路要增加1～2组三通阀门，可满足压注的灵活性。压注前要根据工作面的实际风量，充分考虑到压注CO2的流量，要保证压注的CO2即使全部从老塘泄露，回风流中的CO2浓度也不超过1%，以免对工作面人员及回风流中操作人员造成伤害，同时要将地面CO2压注装置阀门控制好，保证压注流量。压注CO2期间，通风部门要加强对工作面回风隅角、回风巷道CO2的监测工作，一旦超标，立即撤人，停止压注工作，保证人员安全。

4 实践经验总结

通过对7011工作面大倾角俯采的技术分析、研究和实践，得到以下几点体会：

1）下顺槽皮带输送机的防滑措施是保证系统正常运转的重点，皮带机头架驱动装置位置的变动和摩擦托辊、制动器的使用是解决皮带放大滑的决定因素。

2）大倾角俯采过程中要保证支架、前溜、底板在同一倾斜面上。

3）机头、机尾过渡槽前要及时清理干净，不能有杂物阻碍机头、机尾的推移。煤机司机要控制好下刹角度，掌握好层位。

4）两道出口：机头使用端头支架，机尾尽量使用过渡支架取代抬棚支护，增大安全系数，减轻工人劳动强度。

5）加强设备检查、检修，对损坏的设备及时查明原因，找出解决问题办法。