大倾角松软厚煤层大采高综采液压支架关键技术

王东攀

(天地科技股份有限公司，北京 100013)

大倾角松软厚煤层大采高综采液压支架关键技术

王东攀

(天地科技股份有限公司，北京 100013)

大倾角松软厚煤层大采高综采面临的关键技术难题是煤壁片帮、架前端面漏冒、设备倾倒下滑、飞矸威胁人员安全。大采高综采条件下，常规大倾角综采液压支架在设备稳定性控制和飞矸防护技术方面存在缺陷。针对以上技术难题开发了具备三级护帮板、调正装置、支架前移自动扶正装置、调推杆千斤顶和全封闭飞矸防护体系的液压支架，经现场实践检验，具有良好的实用性和适应性,取得了显著的技术经济效益。

大倾角；大采高；液压支架；调正装置；前移自动扶正装置

我国大倾角厚煤层储量丰富，且分布广泛。在已探明矿区中，56%的矿区均有大倾角厚煤层分布，约占煤炭总储量的14%。目前国内大倾角厚煤层开采方法主要有综放开采和大采高综采2种。大倾角综放开采放煤期间松软顶煤切顶线易前移，使支架顶梁上方顶煤漏空造成支架失稳，且顶煤采出率较低、混矸率高、开采效率低、工艺复杂等问题未能得到妥善解决，综合开采效益不佳[1-3]。

大采高综采的经济安全优势明显，可有效提高工作面综合开采效益，但现有大倾角大采高综采液压支架在防治煤壁片帮、端面漏顶、溜子上窜下滑和飞矸伤人等问题的基本方法是将大倾角中厚煤层综采技术直接移植到大倾角厚煤层开采，比如通常采用仰伪斜控制工作面刮板输送机的下滑，但却加剧了工作面煤壁片帮冒顶，实际应用效果并不理想，其应用范围主要局限于煤层倾角不超过25°、顶板中等稳定以上、煤体中硬以上的开采条件。液压支架是综采工作面实现高产高效安全的关键设备，要解决大倾角大采高工作面面临的诸多难题，必须针对矿区煤层赋存特征，研发适应松软煤层、破碎顶板的新型大倾角大采高液压支架。

1 工作面生产技术条件

四川攀枝花煤业公司大倾角厚煤层储量达50Mt，开采煤种为国家保护性开采的优质主焦煤。煤层倾角平均40°，最大50°，平均煤厚5.3m。煤层硬度系数0.8，属松软煤层，结构复杂，上部含泥岩夹矸3～5层，厚度3m，下部为2m纯煤；直接顶为泥岩和炭质泥岩，稳定性差，地质构造复杂。以往使用ZQY3400/15/35普通综采支架开采，为了防止架前漏顶，采用沿顶回采，只将上部的劣质煤采出，下部的优质煤炭资源难以回收，采出率仅60%，浪费严重；且工作面单产20～30kt/月，矿井头多面广，安全形势和采掘接续紧张，普通综采制约了矿区经济效益。该矿区地质条件属大倾角松软厚煤层，应用一次采全高综采面临的关键技术难题是煤壁片帮、架前端面漏冒、设备倾倒下滑、飞矸威胁人员安全。针对以上难题，研发了适用于大倾角松软厚煤层的高可靠性的液压支架。

2 大倾角液压支架稳定控制装置

2.1 厚煤层专用三级防护装置

采高是决定煤壁稳定性的关键因素，采高与煤壁破坏系数呈正相关性，见图1。采高越大，煤壁越易失稳。大倾角厚煤层采高5.3m，倾角40～50°，沿重力方向煤壁高度达到7.2～8.5m，松软高帮煤壁控制难度更大。

图1 采高与煤壁破坏系数回归曲线

研究和实践表明，煤壁片帮发生的位置一般在顶板以下1/3～1/2采高范围，加大煤壁防护面积是控制煤壁片帮的重要途径。传统厚煤层液压支架采用二级护帮板，护帮板总长度2.7m，支架顶梁端面距0.6m，一级护帮板与煤壁为线接触，仅有二级护帮板与煤壁面接触，有效护帮长度仅1.3m。为了加大煤壁有效防护面积，同时封闭梁端距空顶，研制了三级防护装置，一级做成长度0.6m的短级，与液压支架顶梁端面距相当，当未及时拉架时，一级护帮板翻平完全封闭端面顶板，同时二级和三级护帮板紧密贴合煤壁，长度2.7m，封闭了顶板以下1/2采高范围，有效护帮面积较传统厚煤层液压支架二级护帮板增加了一倍以上，实现了煤壁、端面顶板全封闭，解决了煤壁垮落、空顶冒落冲击设备和人员的难题。

2.2 支架调正装置

大倾角液压支架发生倾倒、下滑时，一般利用单个千斤顶斜拉对支架进行调正，见图2(a)。随着工作面采高增大，该方式调架效率低下、安全无法保障。为此，研发了一种综采液压支架的调正装置，在液压支架顶梁、掩护梁和底座上分别设计调正千斤顶，见图2(b)，缸径100mm，侧推力300kN，行程达300mm，超过侧护板和底调梁千斤顶行程100mm。

图2 常规与新大倾角液压支架调正装置对比

当支架发生倾倒时，自上而下进行调架，伸出上部相邻支架底座调正千斤顶，收回本架底座调正千斤顶和底调梁，同时伸出本架顶梁侧护板和调正千斤顶，在移架过程自动将倾倒支架调正。该装置实现了重型液压支架安全便捷调正，解决了支架倾倒、下滑难题。

2.3 支架前移自动扶正装置和调推杆千斤顶

为了控制刮板输送机下滑难题，一般大倾角工作面采用仰伪斜布置，但由此加大了工作面真倾角和煤壁片帮趋势，该方式仅适用于煤层厚度小于3.5m的中厚煤层。为此，研制了支架前移自动扶正装置，即在刮板输送机和支架底座前端设置导向槽。移架时，支架底座首先与刮板输送机中部槽导向装置接触，然后强行摆正支架，使支架与刮板输送机始终保持垂直状态，另外，研究液压支架联动技术，在推溜过程中，利用单向交替阀同时给推溜千斤顶和调推杆千斤顶供液，使调推杆千斤顶伸出,抵住移动中的支架推移杆，解决了刮板输送机下滑难题，实现了大倾角工作面正倾斜布置。

2.4 支架全封闭挡矸装置

大倾角松软厚煤层综采工作面煤壁片帮、端部冒顶、采煤机割煤、输送机运煤、支架升降，都将造成飞矸，严重威胁人员和设备安全。传统的大倾角中厚煤层液压支架架前和架间挡矸装置防护范围有限，大倾角厚煤层工作面煤矸将从支架前端飞入伤人。

为此，研制了架上挡矸装置，见图3，安装于支架的顶梁上，用销轴和千斤顶控制，两千斤顶控制架上二级挡矸板的伸缩，一架上千斤顶控制挡矸板的翻转。利用新研制的架前挡矸装置，结合架前、架间挡矸装置，建立了全封闭飞矸防护体系，将大倾角工作面支架移架方式由传统的自下而上逐架操作改为成组操作，实现多点平行作业，大大提高了工作面开采效率。

图3 全封闭飞矸防护体系

3 工业性试验

攀煤集团花山煤矿4238工作面斜长120m，走向长度650m，埋深500～560m，平均倾角40°，最大43°，煤层硬度系数0.8，平均采高5.1m，最大采高5.3m，配备ZY8600/26/56型两柱掩护式液压支架、MG550/1380型采煤机、SGZ900/2×315型刮板输送机。

工作面采用单向下行割煤，自下而上分段跟机移架，安排支架工超前采煤机前滚筒3～5架收回护帮板和伸缩梁，待采煤机通过后，滞后采煤机后滚筒2～3架伸出护帮板和伸缩梁，一级护帮板用于临时护顶，确保端面顶板完全封闭，研发的三级护帮板实现了煤壁、端面顶板全封闭，并加强了支架初撑力管理，解决了煤壁垮落、空顶冒落冲击设备和人员的难题；利用支架调正装置、前移自动扶正装置和调推杆千斤顶，解决了支架倾倒下滑和刮板输送机下滑难题，实现了大倾角工作面正倾斜布置；应用全封闭挡矸装置实现了割煤、移架平行作业，显著提高了工作面生产效率，工作面月产达到72kt，资源采出率达到97%，取得了显著的技术经济效益。

4 结 论

针对常规大倾角综采液压支架在设备稳定性控制和飞矸防护技术方面存在的缺陷，设计了具备三级护帮板、调正装置、支架前移自动扶正装置、调推杆千斤顶和全封闭飞矸防护体系的液压支架，实现了顶板、煤壁全封闭和精准调架，解决了煤壁垮落、空顶冒落冲击设备和人员等难题，现场实践检验表明，具有良好的实用性和适应性,取得了显著的技术经济效益。

[1]王国法.高端液压支架关键技术研究与产业化进展[J].煤炭科学技术，2011，39(4)：78-83.

[2]闫少宏，尹希文，许红杰.大采高综采顶板短悬臂梁-铰接岩梁结构与支架工作阻力的确定[J].煤炭学报，2011，36(11)：24-26.

[3]程 骏，张严敬.7m大采高综采液压支架设计及配套[J].煤矿开采，2013，18(1)：25-28.

[4]曲秋扬，王东攀.大倾角大采高工作面设备稳定与安全控制技术研究[J].煤炭工程，2015，47(5)：61-67.

[5]袁 永，屠世浩. “三软”大采高综采面煤壁稳定性及其控制研究[J].采矿与安全工程学报，2012，29(1)：21-25.

[责任编辑：徐亚军]

神华集团大柳塔煤矿水土保持科技示范园升级为国家级

近日，通过国家相关部委动态管理和定期评估，神华集团大柳塔煤矿水土保持科技示范园升级为国家级。该示范园为全国首个以采煤沉陷区水保生态治理为主的示范园区，具有典型性与示范性。神华集团在示范园建设中，共投资1.3亿元，实施水保工程35项。该园区规划建设为“三区一核”。“三区”即建设区、生产区、公益区，“一核”即科普展示核心区。在建设区的办公、生活小区营造公园绿地，建成园林小区，绿化率达70%以上。矿井工业区营造适生乡土树木，建成森林厂区。河道营造橡胶坝，建成滨水景区。在生产区统筹规划，对风沙采煤沉陷区进行治理，治理率达到100%，并建成以沙棘为主的生态经济林基地25km2。利用矸石将天然沟壑填平复垦绿化，变为绿地和良田、还地于地方政府和村民。在公益区重点实施大柳塔镇移民村、周边山地绿化和地方公路生态长廊绿化等水保工程和公益林，治理面积8.1km2，绿化里程52km。在科普展示核心区实施了水保植物示范、工程示范、产业示范、水保监测、科普教育等生态科技示范工程，具备了水土保持示范与宣传功能。

摘自：《煤炭信息》周刊2017.3.16

Hydraulic Support Key Technology of Large Mining Height Fully-mechanized Mining with Large Dip Angle and Soft Thick Coal Seam

WANG Dong-pan

(Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China)

The key technology was coal wall spalling，roof fall before support，device topple and sliding，and waste rock threaten person safety.Under large mining height fully mechanized mining，some flaws appeared in device stability and waste rock protection for normal large dip angle hydraulic support.And hydraulic support was developed for above technology problems，which include the following characters，three level face guard，coalignment，migration auto correction device，adjust push rod jack and enclosure waste rock protection system，after practical in field，it has good practicability and adaptation，obtained technical and economic benefits.

large dip angle，large mining height，hydraulic support，coalignment，migration auto correction device

2016-07-25

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.02.010

国家自然科学青年基金项目 (51304115)；国家自然科学基金面上项目(51474128)

王东攀(1978-)，男，河南南阳人，副研究员，主要从事煤矿安全高效开采、矿山压力与岩层控制技术等方面研究工作。

王东攀.大倾角松软厚煤层大采高综采液压支架关键技术[J].煤矿开采，2017，22(2)：37-39.

TD355.44

A

1006-6225(2017)02-0037-03