典型大采高综采工作面俯采工艺优化研究

常景保

(西山煤电(集团)有限责任公司镇城底矿，山西 古交 030203)

针对某矿典型大采高综采工作面所面临的俯采角度过大的技术难题，在综合大量技术经验及文献参考的基础上，对其俯采采煤工艺进行优化研究，首先对液压支架的常规工况进行受力分析，得出其重心控制要点，其次对采煤机及刮板输送机的运行及维护要点进行调整，并对工作面的支架—围岩关系进行重点管理，保障了本工作面的安全顺利回采，同时对类似地质生产条件下的回采工作有一定的借鉴意义。

大采高综采；向斜构造；俯采工艺；顶板控制；支架-围岩

我国煤炭资源赋存丰富，但随着连年开采，赋存条件好、开采条件优的资源越来越少，许多矿井面临地质条件复杂、开采难度大甚至资源枯竭等难题，因此，如何加大技术、装备研发与应用力度，并加强赋存条件差、回采技术难度大的煤炭资源回收实践，在我国未来的煤炭开采行业变得至关重要[1-2]。

某矿是集团公司的支柱煤矿，产能达到600万吨以上，回采年限已达30年以上。面临国家宏观市场调控、煤企转型发展的大背景，更加注重提质增效，不断变革传统的生产理念，通过加大科研力度、优化回采工艺、降低生产成本等手段，顺利实施了地质条件极为复杂的2612大采高综采工作面的论证批复及采掘工作，尤其是对最大19°的煤层大采高俯采工艺进行了优化完善，良好完成了预期技术攻关任务及生产经营目标。

1 工程背景

本矿2号煤层是主采煤层，赋存较稳定，煤层平均厚度4.2 m，但受地质条件影响，该煤层在深部区域赋存一层较厚夹矸层，夹矸层厚度约1 m～2 m，上层煤厚约2.5 m～3.5 m，下层煤厚约1.0 m～1.5 m，导致该区域煤层增厚至6.5 m左右，2612工作面即布置在2号煤层的该区域。2612工作面是该区域首个大采高综采工作面，采用大采高综采支架一次采全高，垮落法管理顶板，工作面上下顺槽沿煤层顶板掘进，工作面顶底板情况如表1所示。

表1 工作面顶底板岩性赋存特征表

本工作面技术难点之一在于煤层受某较大向斜构造影响，煤层沿工作面推进方向倾角变化较大，最大俯采角度达到19度，对大采高工作面的回采带来极大困难，尤其是对现有的采煤工艺提出较大挑战[3-4]，本文即对该地质及生产条件下的大采高工作面俯采工艺进行优化研究。

2 大采高俯采工艺优化

2.1 液压支架受力分析及参数优化

2612工作面配备ZY10800/30/65D型两柱掩护式液压支架。对于大倾角工作面或俯采、仰采工作面，液压支架在对回采空间围岩进行支护的同时，还要防止自身的下滑或倾倒，尤其是对于大采高工作面，因其重心高、稳定性差，更容易发生下滑或倾倒。根据受力分析，液压支架正常支护状态下主要承受重力、顶板压力、底板的支撑力、俯采煤壁反作用力等，如果液压支架受力不平衡发生失稳，就有可能导致支架侧向倾倒或底座后部抬起脱离底板，进而顶板冒落矸石滚入底座下部，导致支架底座失稳程度加剧，可能导致支架倾倒或翻转，失去支护能力。

因此，必须控制液压支架重心位置处于合理范围，设支架底座前端与底板接触点为D点，必须保证支架重心垂线与底板的交点A点落在D点之后，方可保证支架不前倾；这就对端面煤岩体支护提出更高要求，保证给予支架前端以足够的反向阻力，从而使支架状态与围岩支护良性循环，达到良好的支护效果[5]。

2.2 其他回采工艺及参数优化

1) 采煤机割煤因俯采角度过大，采煤机运行期间重心前移，导致采煤机齿轨轮、导向滑靴与销排间受力增大，造成采煤机牵引阻力增大，尤其是上行期间运行困难，同时造成采煤机及刮板输送机行走部磨损加剧，电牵引系统工作压力增大、电控系统失稳等故障。所采取的优化措施包括：采煤机由双向割煤变为单向割煤，即上行跑空刀、下行割煤，同时上行期间适当加快行走速度(不低于9 m/min)，依靠速度抵抗阻力，减轻运行压力；更换轻型截割滚筒，为机身减重约8 t，减轻俯采压力；加强设备检修维护，及时更换磨损严重的齿轨轮及行走部等零部件，并加强电控系统及牵引系统的日常排查，及时处理故障。

2) 工作面刮板输送机担负采煤机的行走跑道任务，日常生产过程中必须保证输送机平直，输送机运行期间才可推移，防止人为损害设备；加强刮板输送机铲煤板的检查维护，保证铲煤板正常产煤，保证底板平直；加强设备检修维护，及时更换磨损严重的销排等零部件，并加强各类轴销、限位器的日常排查，及时处理故障。

3) 大倾角工作面俯采，对液压支架的支护工况影响较大，一是针对工作面支架下滑出现的咬架或支架间隙不符合标准的问题，采用从下向上的拉架顺序，并使用好侧护板调整好支架间隙，既要防止挤架咬架，又要防止支架侧向阻力不足造成的倾倒现象；二是必须保证液压支架足够的支护强度，初撑力达标，及时拉移支架，并保证液压支架前探梁及护帮板及时护帮护顶，控制好端面煤岩体，保证良好的支架—围岩关系；三是加强液压支架日常的检修维护工作，严禁设备带病作业，保证支架处理良好工作状态。

3 结语

我国煤层赋存条件优劣不齐，尤其是在中东部，部分服务年限较长的矿井逐渐需要面临地质条件复杂、煤层赋存条件差的资源回采。针对某矿典型大采高综采工作面所面临的俯采角度过大难题，对其特定地质生产条件的采煤工艺进行优化，包括对液压支架的受力分析及参数优化，对采煤机及刮板输送机的运行及维护调整，对工作面支架—围岩关系的重点管理等。通过这一系列的技术和管理措施对大采高工作面俯采期间遇到的技术难题进行针对性解决，有效解决了工作面初采期间的遇到的俯采难题，保障了工作面的安全顺利回采，对类似地质生产条件下的回采工作有一定的借鉴意义。

[1] 岳喜占,黄仁屏.大倾角大采高俯采工作面开采技术研究[J].煤炭科技,2012(2):10-12.

[2] 赵生华.大采高工作面仰采俯采技术管理与实践[J].神华科技,2011,9(4):22-24,37.

[3] 刘正茂.超长壁大采高大倾角俯采工作面成功开采技术研究[J].水力采煤与管道运输,2012(4):17-21.

[4] 杨印朝.复杂厚煤层大采高开采采场围岩控制技术研究[D].北京：中国矿业大学(北京),2017.

[5] 闫少宏.特厚煤层大采高综放开采支架外载的理论研究[J].煤炭学报,2009,34(5):590-593.