彬长矿区大倾角厚煤层开采实践

苗 峥，梁则虎，刘会彬，杨 博

(彬县煤炭有限责任公司，陕西 咸阳 712000)

0 引言

彬县煤炭有限责任公司下沟煤矿位于陕西省彬州市，隶属于彬县煤炭有限责任公司，行政区划属彬州市城关镇管辖。矿井位于陇东黄土高原的东南部，南高北低，南部为沟谷切割地貌，泾河由井田北部流过，地表为泾河河滩地与台地。井田东西长3.7～4.5 km，南北宽3.0～3.7 km，井田面积10.313 5 km2，地质储量22 203.4万t，采掘均采用国际、国内先进设备，机械化程度达到100%。能否实现矿井大倾角工作面的成功开采，将直接关系到矿井主采4#煤层工作面的布置，乃至影响矿井长远开采设计的规划和实施。

1 工作面概况及采煤方法

1.1 工作面概况

ZF201工作面位于下沟煤矿井田南部402采区，东侧为402采区3条上山巷道，西侧为403采区3条上山巷道保护煤柱，北为+525大巷保护煤柱，南为待采煤体，埋深约380 m。工作面倾向长度为120 m，倾角25°～35°，平均30°，走向长度1 068 m，回采标高+594～+689 m。4#煤层走向东西，倾向南北，平均厚度11.5 m，含夹矸3层，厚度在0.25～0.4 m之间，岩性主要为泥岩，炭质泥岩与泥质粉砂岩，煤层硬度f=2～3，容重1.32 t/m3。4#煤层直接顶为泥岩、薄煤、砂质泥岩与细粉砂岩，平均厚度5～10 m，基本顶为细砂岩、砂质泥岩，厚7～13 m，属二级二类顶板，较易冒落，有时见0.4 m左右砂质泥岩伪顶。4#煤层底板为铝土质泥岩与粉砂岩，平均厚度3～5 m，有时可见0.2 m左右炭质泥岩伪底，遇水易膨胀。原煤发热量平均为28 MJ/kg，其低位发热量亦大于25.08 MJ/kg。整个工作面水文地质条件简单，伴随有断距较小的断层发育。矿井属高瓦斯矿井，工作面采用走向长臂后退式采煤方法，顶板管理方式为垮落法。

1.2 采煤方法

ZF201工作面煤层平均厚度11.5 m，煤层结构简单。通过计算、比较分层开采和综放开采，最终确定该工作面采用综采放顶煤开采方法，综采放顶煤开采技术主要具有以下优点。

具有较强的适应性：综采放顶煤放开采沿煤层底板割煤，支架上方煤体通过放煤回收，工作面推进受煤层厚度变化影响小[1-3]。

实现集约化生产：降低了吨煤生产成本，提高了工作面单产效率，综放开采降低了巷道掘进量，减少了采煤机割煤量，材料及电力消耗减少，生产效率提高，实现高效集约化生产。

改善了自然发火煤层的管理：综采放顶煤与分层开采中、下分层煤层自燃防治相比，综放开采有利于煤层自然发火的防治。

顶板控制问题：分层开采过程当中，中、下分层顶板是人工假顶(一般在上分层开采时铺设铁丝网)，受人工假顶质量的影响，工作面顶板控制问题多。

设备寿命长：有利于设备的维护与保养，延长设备的寿命。综采放顶煤开采工作面，煤炭产量主要来源于顶煤，支架、采煤机和前部刮板输送机等设备与相同产量的普通综采工作面设备相比，使用时间短，过煤量少，设备使用寿命长。

2 设备选型和采煤工艺

2.1 设备选型

根据综放工作面设备选型原则以及当今我国大倾角综放工作面开采设备选型现状[4-6]，并结合下沟煤矿401、403采区已开采工作面使用设备的优缺点。最终确定ZF201工作面基本架选用ZF10000/18/33型放顶煤液压支架，安设架数74架；过渡支架选用ZFG10000/19/33H型放顶煤过渡支架，安设架数6架；端头支架选用ZFTZ20000/23/34型中置式端头液压支架组一组。选用MG300/700-AWD型电牵引采煤机，总功率700 kW，最大爬坡角度45°。前后刮板输送机均选用运输能力为1 500 t/h、内宽800 mm的SGZ800/400焊封底式刮板输送机。

2.2 采煤工艺

综采工作面的采煤工艺主要包括破煤、装煤、运煤、支护、采空区处理、两端头支护等几种工序[7-9]。

破煤：采用MG300/700-AWD型电牵引采煤机进行破煤和落煤，破煤方式为采煤机端部斜切进刀割煤，破落的煤体通过 SGZ800/400焊封底式刮板输送机外运。

移架：随着采煤机的割煤，按顺序移架，步距0.8 m，为及时支护顶板，当采煤机前滚筒割煤完毕，在保持前滚筒2～3 m的安全距离后，随机移架。

推前部输送机：前部输送机滞后采煤机后滚筒15 m以外推入，分段推入，保证输送机呈一条直线，弯曲段不低于15 m，不出现急弯，以防出现断锯齿环、哑铃销子或溜槽错口。

放顶煤：两轮顺序放煤，放煤时，严格遵守“两轮、顺序、均匀放煤、大块破碎”的准则。

拉后部输送机：放煤结束后，拉后部输送机与推前部输送机相同，分段拉回，拉后部输送机保证其呈一条直线，不得出现急弯，以防出现断锯齿环、哑铃销子或溜槽错口。

3 存在的主要问题及改进方法

大倾角工作面开采的主要问题在于运输机下滑和支架失稳。而工作面液压支架管理又是各项环节的重中之重，支架状态的好坏将直接影响矿井的安全生产。因此，管好工作面的支架状态既是重点，也是难点。运输机下滑，使得运输机进入机道较多，不仅会造成运输机头与转载机搭接不正常，给工作面单产带来困难，同时还会造成液压支架的下滑、失稳，导致工作面移架困难，增大生产难度，影响工作面正常生产。

3.1 工作面调成伪倾斜开采

为了控制运输机和支架在工作面推进时下滑，矿井将ZF201工作面调成伪倾斜，即运输机头超前于运输机尾。当支架和运输机相互向前推移时，工作面的设备每移动一个循环，就会产生一定量的位移，如果伪倾斜的角度合适，就能使上移量和下滑量相互抵消，从而起到控制设备下滑的作用。

将工作面调成伪倾斜，伪倾角是个经验值，它不仅与工作面倾角有关，还与工作面底板岩性，底板状态以及工作面的设备有关，超前过大，工作面易片帮，威胁安全生产，超前少，不能控制设备下滑，所以伪倾斜距离必须根据现场生产情况随时调整。

3.2 运输机防滑

在进行运输机防滑时，根据煤层倾角变化情况，及时观察运输机头尾位置变化，及时调整伪倾角。工作面采用单向割煤，单向移运输机的方式作业，即采煤机下行割煤，上行空牵，采煤机空牵时自下而上追机推移输送机。运输机头与机道转载机搭接度必须合理，高度必须适中，以防止运输机带煤渣，增大负荷，造成运输机下滑。为防止输送机下滑、在工作面10#、14#、18#支架底座前安装刮板机防滑装置，通过十字头、链条、防滑油缸、12T卸扣将支架与前刮板机溜槽进行连接，起到溜槽防滑作用。

3.3 支架防滑防倒

支架排布：工作面开始回采时，1#～5#支架的底板保证平直，6#～15#支架及时安设防倒防滑装置。从6#支架开始，在支架顶梁处采用连接头及防倒千斤顶将6#支架与7#支架连接，同理将7#支架与8#支架连接，直至15#支架为止。通过防倒千斤顶的推拉来实现防倒及调架(主要包括转轴、连杆、防倒千斤顶等部件)，转轴可360°转动，采用横销连接防倒装置与顶梁。

调整：在回采过程中及时调整支架状态。工作面前部支架的稳定是稳定中部支架的关键因素之一，因有1#～15#支架为基础，正常情况下，工作面剩余支架通过活动侧护板主动防倒防滑，不安装上述防倒千斤顶，但每架支架都留有安装防倒、防滑装置的连接座，以便随时调架。

移架：采取顺序移架，防止拉移支架在支撑阶段时可能产生下滑，并使支架保持合适的迎山角，以抵消顶板下沉时的水平位移量。在移架时、使梁端距不得大于340 mm，一般在300～320 mm之间。移架时遵循带压擦顶移架的原则，可采取2种方法，一种方法是略降支架立柱，降低高度不大于侧护板高度的1/3，再拉架；另一种方法是打开拉架手把，再降支架立柱。

局部冒顶处理：遇到架前局部冒顶，及时前移支架，并伸出前探梁紧贴煤壁进行封堵，严禁架前放煤，造成支架上部悬空。若支架之间出现空顶时，及时调整侧护板，使其紧靠相邻的支架；空顶严重时，要用材料背顶，刹住缝隙；当间隙大于300 mm时，要用钢梁“一梁三柱”进行支护。

测量：生产时，班队长及时测量和掌握工作面的伪斜，以控制好刮板机的上窜下滑为宜，要严防刮板机下滑牵动支架前梁向下歪斜引发倒架。生产过程中始终自工作面前端头部开始向机尾移架，支架工在拉移支架过程中及时调整支架，使支架尾梁偏下或垂直刮板机。

检修：根据现工作面支架的状态，制定强有力的检修计划，安排专人监督每天的检修任务落实情况，确保支架状态完好，防倒防滑装置油缸动作灵敏，机械连接装置安全可靠。生产时及时调整支撑状态不符合要求的液压支架，支架移到位后及时调架并给足初撑力。支架工与采煤机司机相互配合，搞好工作面的工程质量，保证顶底板的平整度和支架、刮板机保持一条直线。

4 结语

通过对该工作面的设备选型，采取倾斜开采，对设备进行改进，增设放倒、防滑千斤顶，规范设备推移操作方式，加强劳动力组织，成功对该工作面进行了安全回采。同时取得了非常显著的经济效益和社会效益，为该矿井今后的多处厚煤层大倾角工作面安全开采积累了极其宝贵的经验，奠定了坚实的基础，提升了公司及矿井的科技创新竞争力，对整个彬长矿区厚煤层大倾角工作面的安全高效回采具有一定指导意义。