五阳煤矿大倾角松软煤层综放俯采关键技术∗

佐江宏

（山西潞安集团五阳煤矿，山西省长治市，046000）

五阳煤矿大倾角松软煤层综放俯采关键技术∗

佐江宏

（山西潞安集团五阳煤矿，山西省长治市，046000）

采用理论分析、数值模拟与现场实测方法分析了五阳煤矿7522大倾角俯采综放工作面矿压显现特征，对大倾角俯采工作面设备防滑配置、采煤工艺选择、设备稳定性控制、顶板控制技术、安全技术措施、工作面排水设计等关键技术进行了研究，介绍了具体实施措施。通过现场实践应用，取得了较好的技术经济效益。

松软煤层 大倾角 俯采 综放开采

大倾角松软煤层由于煤层强度低，承载能力弱，加上煤层倾角大，工作面开采时易出现煤壁片帮、端面冒顶、设备失稳等问题，目前对大倾角松软煤层综放开采的研究较多。而大倾角俯采增加了走向方向的角度，给工作面顶板管理、设备控制等带来更多问题。国内目前大倾角俯采以综采工作面居多，俯采工作面存在设备稳定性差、装煤效果差、工作面窜矸、人员安全、转载机及胶带机尾的下滑等问题。目前针对大倾角俯采综放工作面的研究实例很少，本文将以五阳煤矿3#煤层7522综放工作面开采为例，总结大倾角松软煤层综放俯采关键技术。

1　工程概况

五阳煤矿7522工作面位于+600 m水平75采区，主采山西组中下部3#煤层，煤厚6.14～6.40 m，采高为3.0 m，地面标高为850～886 m，工作面标高为350～445 m，工作面煤岩层岩性特征见表1。工作面倾斜长度为255 m，工作面切眼沿顶板布置，切眼内前后落差过大，煤层坡度起伏变化较大，切眼角度为6°～25°，回风巷角度为-11°～18°，运输巷角度为-5°～25°。受矿山压力影响，工作面顶板砂岩含水层中的水通过有效裂隙渗入到工作面，正常涌水量为45 m3/h，最大涌水量为90 m3/h。

表1　7522工作面煤岩层岩性特征

2　工作面矿压显现特征

大倾角俯采综放工作面矿压显现特征与煤层倾角与俯采角大小是密切相关的。采用理论分析与数值模拟方法分析得到的五阳矿7522大倾角俯采综放工作面矿压显现特征为工作面上端部卸压范围最大，上端头破碎岩块具有一定的下向运动趋势，开采过程中可能造成支架上方空顶，引发支架下滑倾倒。俯采工作面采空区后部岩层卸压范围大，应力释放较前部明显；工作面前部岩层卸压范围小，工作面前方支承压力集中影响范围要远大于后部。此外，对俯采工作面围岩塑性区分布特征的研究表明，俯采有利于防止煤壁片帮。

五阳矿7522综放工作面现场矿压观测结果表明，大倾角俯采工作面煤壁稳定性较好，基本上没有发生严重煤壁片帮问题，但初采期间架间架后顶板稳定性较差。开采过程中，工作面上部顶板有冒空现象，底板发生了底鼓，且开采过程中架间漏矸、架后窜矸较为严重，矸石进入了后部刮板输送机溜槽，将后部刮板输送机链子撑起，致使输送机上漂无法拉近，如强行拖拉输送机可导致溜槽等部件损坏。

3　7522工作面关键技术的实施

针对7522工作面具体条件，对工作面设备防滑配置、合理采煤工艺选择、设备稳定性控制、工作面顶板管理、工作面排水设计等进行了研究并给出的具体措施，以确保工作面安全高效开采。

3.1 设备防滑配置

7522综放工作面在倾向与走向方向均具有一定的角度，切眼角度最大为24°，最大俯采角为25°。理论分析与现场经验均表明，工作面设备应考虑防倒防滑配置。工作面主要配套设备为MG300/700-WD型采煤机，最大采高为3.94 m，截深为800 mm，卧底量为250 mm，适应煤层硬度f≤4、煤层倾角±25°；布置166架ZFS-6000/ 17/33型液压支架，额定工作阻力为6000 k N，初撑力为5232 k N，支撑高度为1.7～3.3 m，支护强度为0.79 MPa，适应的煤层倾角为≤20°，配置双活侧护板，采用分体式底座、双连杆结构、大流量支架快速移架系统等防倒防滑装置；配置前后两部SGZ-830/800刮板输送机，运输能力为1200 t/h，电机功率为800 k W，配备的防滑装置为长推移杆、斜拉千斤顶。工作面每间隔10架支架加装一组牵拉后部刮板输送机的斜拉千斤顶，防止后部刮板输送机下滑，千斤顶一端与输送机连接，另一端通过锚链与液压支架底座相连，当刮板输送机下滑时，立即向防滑千斤顶供液、向上拉输送机，控制其下滑。

3.2 采煤工艺选择

7522工作面煤层倾角最大为25°，俯采角最大为25°，为控制设备稳定性，保证装煤效果，初采期间应严格采用单向割煤工艺，即采煤机下行（自上而下）割煤、移架，上行（自下向上）清理浮煤、推移刮板输送机，然后放煤，以提高煤炭资源回收率。正常推采期间，随着7522工作面本身倾角的减小，加上工作面调伪斜进一步减小工作面倾角，工作面推进100 m后，工作面开始采用双向割煤工艺。由于工作面是俯采，因此工作面找底板的过程不宜过快。由于是放顶煤工作面，在放煤时，作业人员必须站在放煤口上方躲避，严禁站在煤墙侧或放煤口以下，防止矸石窜出伤人。支架间踏板改进成阶梯状，在大坡度段安设行人辅助拉绳，防止人员行走滑倒。

3.3 设备稳定性控制

为保持7522大倾角俯采工作面设备稳定性，主要采取了如下技术措施：

（1）支架底座侧部设计调底千斤。将7522综放工作面机尾部分的57架中间架与机头4架排头支架均配置为带调底千斤顶的防倒支架，通过现场有效调整本支架与相邻支架底座状态，使各支架保持与刮板输送机平行、与煤壁平行状态，达到支架整体防滑防倒的目的。

（2）工作面调伪斜。在初采期间，将7522工作面回风巷超前运输巷约10 m，一方面减小了工作面倾角，另一方面增加刮板输送机的稳定性，以消除刮板输送机下滑对支架稳定性的影响。

（3）为解决俯采采煤机行走及导向装置损坏，将采煤机靠煤壁一侧的平板滑靴加高50 mm，将导向滑靴提高10 mm，使采煤机的重心向采空区侧偏移，减小采煤机倾斜角度，有效减缓或者防止采煤机倾倒及减少采煤机行走齿和滑靴的磨损。

（4）由于架间漏矸窜矸导致后部输送机上漂，以至后部输送机无法推移，解决的方法是及时清理支架和后部刮板输送机间矸石；移架前应及时拉回后部刮板输送机，保持支架和后部刮板输送机间最小距离；移架时，要及时使用侧护板调架，控制各架间隙，防止间隙过大导致采空区窜矸；将后部输送机链子紧实，防止岩石落入后部输送机中将链子撑起；移架时应带压擦顶，并要控制好降柱幅度，一般不超过100 mm；加强刮板输送机检修。

（5）回采时，加强工作面工程质量管理，严格按照“四直、一平、两畅通”进行管理，初撑力达到规定要求。

3.4 工作面顶板控制

7522综放工作面大倾角俯采时，易出现支架上方空顶等问题。解决方法是坚持及时移架、带压移架，为减小支架空顶距，防止顶板快速下沉，有效减轻支架压力，尽量做到少降快移，保证足够的初撑力与支护阻力，避免出现支架歪斜、垛架现象。为了保证初撑力达到最佳有效状态应及时对支架进行二次注液，要保证泵站有足够的压力。支架空顶时要用废旧坑木、煤袋等接顶背实，并打好斜戗支柱，以加强支护。

3.5 排水系统设计

大倾角俯采工作面顶板富含裂隙水，开采过程中，工作面涌水易于在工作面下部积聚，若工作面排水系统设计不好，大量涌水不易排出时，将对工作面安全高效生产造成较大影响，因此必须做好俯采工作面疏放水管理。为解决7522工作面排水问题，特针对其排水系统进行了专门设计。

（1）涌水量预计。虽然工作面已进行了顶板疏放水，共计放水量约为50000 m3，但回采中仍将有大量涌水。预计工作面正常涌水量为45 m3/h，最大涌水量为90 m3/h。

（2）排水系统设计。7522工作面运输巷和回风巷均为“V”字形巷道，中部低外部高，且回风巷高，运输巷低，因此排水系统主要以运输巷为主。两巷低洼处接水泵排至排水硐。在运输巷低洼处共设置3个排水硐，一个“U”型水仓，编号由外向里依次为1#、2#、3#、4#，其中2#、3#、4#排水硐容量均为43.2 m3；1#水仓容量640 m3。

（3）水泵选型。运输巷1#U型水仓处各安装两台BQS40-80-22/N型水泵，2#、3#、4#排水硐共安装3台BQS40-80-22/N型水泵，备用1台。工作面低洼处设置一台BQS50-120-37/N型水泵，一台BQS40-80-22/N型水泵备用，随工作面推进而前移，必要时可两台泵同时开启。BQS40-80-22/N型水泵额定流量40 m3/h，扬程80 m。

（4）排水管路。选用外径ø100 mm的水管作为排水管。考虑到清挖或紧急情况时排水管路可以满足排水要求，在运输巷内铺设两趟外径ø100 mm排水管路。两巷沿线各排水硐安装的水泵全部采用三通与排水系统管路相连接。7522回风巷排水硐至75-5#区段水仓安设两趟排水管路，满足正常涌水量的排水需要。排水线路为7522运输巷→75 -5#区段水仓→主五带式输送机尾水仓；7522回风巷→75-5#区段水仓→主五带式输送机尾水仓；工作面→7522运输巷排水硐→7522运输巷U型水仓→75-5#区段水仓→74候车室水沟→南大巷水沟。

4　结语

自7522大倾角综放俯采工作面开采以来，通过合理的工作面设备防滑配置，采煤工艺选择、设备稳定性控制技术、顶板稳定性控制技术、工作面排水设计等，有效解决了工作面支架下滑倾倒事故、输送机上窜下滑上漂、架间架后窜矸等问题，有效保证了工作面安全高效生产。虽然大角度俯采时工作面淋水比较大，但基本上均能够有效排出。五阳矿在大倾角俯采综放开采技术方面取得了有益探索，积累了一些较好的实践经验，取得了较好的经济技术效果， 将为本矿区内的大倾角俯采综放工作面安全高效开采提供借鉴。

［1］ 朱现磊，杨仁树，蔡志炯等.大倾角松软煤层综放开采矿压显现规律研究［J］.煤炭科学技术，2014（5）

［2］ 刘孔智，刘黎明，曾佑富等.大倾角松软煤层综放工作面支架稳定性控制技术［J］.煤炭科学技术，2015（8）

［3］ 黄志增，任艳芳，张会军.大倾角松软特厚煤层综放开采关键技术研究［J］.煤炭学报，2010（11）

［4］ 牛保炉，张益东，程敬义等.大倾角双斜工作面岩移规律数值模拟研究［J］.中国煤炭，2011（4）

［5］ 冯志江，张益东，程敬义等.大倾角双斜工作面俯采段矿压显现规律研究［J］.中国煤炭，2010（9）

［6］ 霍志朝，章之燕.大倾角综采工作面设备下滑控制技术实践［J］.煤炭科学技术，2004（6）

［7］ 吴志坚，叶海松.大倾角俯采工作面关键开采技术［J］.煤矿开采，2008（3）

［8］ 薛润根.综采工作面大倾角俯采技术分析［J］.山西焦煤科技，2008（3）

［9］ 周玉华.综采工作面大倾角俯采的生产实践［J］.煤矿开采，2005（1）

［10］ 刘德春，于会军，赵凯.大倾角煤层综采俯采面快速安装及回采［J］.煤矿安全，2008（6）

［11］ 徐德珊.综采工作面大倾角俯采关键技术研究与应用［J］.煤矿开采，2010（1）

（责任编辑 张毅玲）

Study on key technology of underhand mining in fully mechanized caving face with large dip angle in soft coal seam in Wuyang Coal Mine

Zuo Jianghong
（Wuyang Coal Mine，Lu＇an Group Co.，Ltd.，Changzhi，Shanxi 046000，China）

Using theorial analysis，numerical simulation and field measurement method，the characteristics of strata behaviors in 7522 underhand full-mechanized caving face with large dip angle in Wuyang Coal Mine were analyzed，and the key technical problems such as antiskid configuration，mining method selection，equipment stability control，roof control technology，safety technology measures and drainage design in working face were studied，then the concrete implementation measures of above problems were introduced.By field application，it had achieved good technical and economic benefits.

soft coal seam，large dip angle，underhand mining，fully mechanized caving mining

TD823.83

A

天地科技技术创新基金（KJ-2015-TDKC-02）

佐江宏（1970-），男，山西壶关人，工程师，现任潞安五阳煤矿生产副矿长，长期从事煤矿生产技术管理工作。