急倾斜综采工作面机械化开采技术的应用

高艳军

（阳煤集团三矿， 山西 阳泉 045000）

1 工程概况

工程实施地点位于山西某煤矿+800 m水平的1501综采工作面，此工作面所开采的煤层厚度平均在2.1 m左右，厚度分布均匀，煤层整体走向属于单斜构造。该工作面的煤层倾角在38°～57°，其中超过60%的煤层倾角大于45°，说明该煤层为急倾斜煤层。工作面直接顶为厚度14.5～16.3 m的夹杂粉砂岩的黑灰色泥岩，基本顶厚度为4～9.5 m，岩石类型为以长石及石英为主的中砂岩，呈灰白色胶结状。底板为厚度1～1.5 m的深灰色砂制岩结构。

工作面采用单一走向长壁后退式开采方式，顶板管理方法为全部垮落法。从工作面的两端先开切口，进刀方式为斜切进刀，割煤结束后先进行移架操作，随后移动输送机，当顶板条件较差时，选用超前支护型液压支架[1]。工作面配套设备为MG300/600型采煤机、SGZ700/300型刮板输送机及ZY4500型液压支架，整个工作面的循环进尺量为1.5 m。

2 开采中存在的问题

1）输送机防滑。由于工作面配备的输送机属于重型机械设备，同时工作面倾角较大，最高倾角可达45°。因此，输送机的运动容易受到重力的影响，在工作的过程中容易出现向下滑动的情况，最终导致转载机不能与输送机有效连接。

2）液压支架防滑。由于支架本身具有一定的质量，因此在移架过程中极易出现液压支架倾倒的现象，尤其是当端头液压支架没有稳固的牵拉装置时，出现倾倒的可能性更大，容易给工作面的生产造成巨大隐患[2]。

3）采煤机防滑。采煤机机身质量大，在工作面倾角较大时容易出现沿工作面下滑的情况，而采煤机下滑将直接影响工作面的工作效率及工作面的安全生产。

4）矸石飞出。工作面极易出现矸石飞出伤害工作人员的现象，引发工作面的安全问题，为实现高效、安全生产造成阻碍。

5）顶板问题。工作面顶板条件较差时极易出现顶板垮落的情况，顶板部分垮落会造成支架的支撑落空，不能充分发挥支撑的效果，最终导致支架的变形及倾倒。

3 主要处理措施

3.1 输送机防滑

1）工作面支架每间隔10节安装一套防滑千斤顶，其中千斤顶的一段与支架底座相连接，另一端固定在推拉杆与运输机顺槽的连接口处，推移输送机的过程中需要保证千斤顶处于收紧的状态，通过千斤顶将支架与输送机相连接，起到防止输送机下滑的作用。

2）改变工作面推溜、移架顺序。在实际生产过程中，由于输送机自重会导致输送机出现下滑的情况，但在下滑的过程中，支架的下移量无法与输送机的下滑量相匹配，最终会导致液压支架的推拉杆与输送机之间会形成一个偏移角度，导致输送机更容易向下滑动，二者下滑形成一个循环的过程[3]。为防止出现连续下滑的情况，可以根据工作面的实际生产情况采取自下而上的移架顺序，必要情况下在工作面进行分段停机，始终保证支架与输送机之间为垂直位置关系。此外，当工作面的割煤方式为单向割煤及输送机尾单向推移时，可以从机头至机尾采用顺次推移的方式移动输送机，最终有效减少输送机的下滑量。

3）保证输送机机头位置。在开采过程中，需要始终保证输送机的机头位于运输巷煤壁的端头位置，机头应处于较为坚硬的底板上，有效增加输送机与底板之间的摩擦力，起到有效防止输送机下滑的效果。通过现场实践表明，采用这种移动方式能够对输送机的下滑起到有效的控制作用，为实现急倾斜工作面的输送机防滑打下了坚实的基础。

3.2 液压支架防滑

1）在液压支架上安装防倒装置。在液压支架顶梁上安装有侧护千斤顶，其中机头以上五组液压支架的顶梁上安装有防倒千斤顶，支架尾部均安装防滑千斤顶。在移架的过程中，防滑千斤顶可以在滑移的过程中起到防滑的作用。

2）在移架过程中为有效防止支架的倾倒及滑移，需要严格按照移架的相关规范执行。具体移架要求为：严禁全面顺次移架，严禁支架不稳定状态加剧，严禁支架连接错位，严禁支架向下移动，严禁支架进行超高支护，严禁支架掩护梁悬空。此外，在移架过程中需要对支架的底座高度进行及时调整，保证整个移架过程中支架与煤层顶底板为垂直连接状态。关于机头处的五组支架首先应当移第三及第二组，最后移动第一组，最终移动剩余的两组，整个移架过程中需要保证支架之间的防滑千斤顶级防滑销是收紧的状态。

3.3 采煤机防滑

首先，需要安排专职人员对采煤机的防滑液压闸进行周期性检查及维修，定期对防滑液压闸进行更换。其次，可以根据工作面的实际情况对采煤机安装专用的防滑销，当采煤机不工作时，及时将防滑销安装于采煤机的齿轨上，防止由于停机防滑液压闸失效而造成的采煤机下滑。最后，在采煤机停止工作前应当将位于其机身前的液压支架下拉成机身超前支护支架，起到有效防止采煤机下滑的作用。

3.4 飞矸控制

1）在工作面内安装宽度大于1.0 m，高度大于3.0 m的捡矸皮带，安装间隔为20 m。皮带的上端固定于支架护帮板顶梁的内侧，下端固定于溜槽中，当采煤机移到距离皮带5 m的位置时通过护帮板收起皮带，当采煤机运移到5 m以外的位置时将皮带放下。此外，为防止工作面滑落的矸石碰到皮带向煤壁方向移动还需要随皮带的悬挂角度进行调整，使皮带靠近于工作面煤壁方向，防止矸石进入巷道伤及工作人员。

2）为防止机道内飞矸飞入人行道，需要通过在液压支架顶梁与刮板输送机之间安装柔性防飞矸网，将工作人员与机道分开。防飞矸网一侧固定于液压支架顶梁，另一侧采用专用防倒绳固定于挡煤板上专用的连接环上，保证连接的间距小于0.5 m。防飞矸网应当每班设置专人进行检查维修，如有损坏应当及时更换，同时，安装时为确保挡矸效果应当保证松紧适宜。另外为有效提高挡矸效果增加防飞矸网的刚度，需要在防飞矸网内穿插安装支架链条及皮带。

3）在工作巷道内安装挡矸网。为防止移架过程中的掉矸，需要在工作面每间隔10节支架处安装一套防飞矸网，同时在工作巷道内安装铁丝防护栏。

4）增加转载机下帮挡板高度。为防止工作面飞出的矸石越过挡板砸向工作巷道造成人员伤亡，需要将位于工作面运输机机尾部位与巷道顶板之间的区域密封。

3.5 顶板控制

由于工作面倾角较大且为层状的泥岩结构，因此顶板的稳定性较差，当顶板控制不好时容易出现掉顶及抽顶等不稳定现象，导致出现支架支撑落空、与顶板的连接不紧密等不安全现象，最终会导致液压支架的失稳与倾倒。目前主要采取以下几种方式对顶板进行控制。

1）超前移动支架。当工作面顶板条件较差且遇到较为复杂的地质情况时，可以采用超前移架的方式移动液压支架，保证移架过程中支架与顶梁之间紧密连接，且端面距保持最小。

2）带压擦顶移架。采用正常操作程序移架时容易出现抽顶等不安全现象，选用带压擦顶移架方式能够有效避免出现不安全现象。

3）沿煤层顶板推进工作面。工作面的推进方向始终为顶板发展方向，当工作面煤层厚度出现变薄的情况时，不能进行挑顶作业，在需要割煤层顶底板时进行割底操作。

4）分阶段停机。当工作面倾角较大时，割煤与移架不能同时进行，需要在采煤机完成割煤工作后再进行移架的操作，但这一操作的时间间隔较长，对工作面顶板稳定性要求较高，移架过程中容易出现漏顶及掉顶的情况，因此，需要分阶段停机进行移架。顶板条件较好时，每隔15～30 m进行停机移架操作；顶板条件较差时，每隔3～5 m进行停机移架操作，同时采用及时支护的方式完成顶板的支护工作。

5）在保证液压支架的初撑力达到标准要求的前提下进行工作面的正规循环作业，提高工作面的推进效率。

4 结语

急倾斜综合机械化采煤工艺在1501工作面的成功实施，在取得较好经济效益的同时创造了高产高效工作面的记录。此项工艺技术不仅为急倾斜综采工作面的开采提供了理论及实践指导，同时有效改进了矿井开采工艺，为特殊条件下的综合机械化开采开拓了新的研究方向。