倾斜厚煤层综采工艺探讨及应用

李文斌

（山西省阳泉市阳煤集团安全监察局，山西 阳泉 045000）

引 言

在我国的能源消费结构中，煤炭所占的比例达到60%以上，随着机械制造技术及开采水平的不断提高，我国大部分的煤层已经实现了机械化开采，但是对于倾斜厚煤层来说，机械开采技术的发展还比较缓慢。由于社会需求的增大，浅部煤炭资源的开采已经远远不能满足生产生活的需要，在这种情况下，深部煤炭资源的开采已经迫在眉睫。在进行深部煤炭资源开采时，由于煤层地质条件复杂、煤层厚度增加以及地应力增大等问题，开采的难度逐渐加大，难以实现高效的产出及运输，因此针对深部煤炭资源开采过程中存在的问题，对倾斜厚煤层的开采工艺进行了分析研究，并提出了相应的改进措施，以实现矿井的安全高效开采，保证井下生产的正常进行。

1 矿井概况

以某煤矿为例，该矿煤质较好，灰分较低、热量值较高，有害元素含量较少。煤层的埋藏深度在700m～1 200m，煤层厚度为3.6m～6.5m，其工作面的顶板主要由细砂岩、粉砂岩以及泥岩等组成，岩性较稳定。而工作面的底板则包括泥岩和砂质泥岩，厚度最小为1m，岩性不稳定。整个采区呈现由北向西的倾斜构造，煤层倾角在29°～32°，并伴随有少部分的断层出现，且该区域内瓦斯含量较低，虽然存在煤尘爆炸的危险，但属于不易自燃煤层。此外该采区附近的地应力较大，在进行巷道支护时成本较高，难度较大。

2 开采工艺的选择

由该采区的开采情况可知，煤层的开采厚度在3.6m～6.5m，平均厚度为4.7m，为了更好地对该煤层进行开采，提出了三种综采方案：分层开采、放顶煤开采和一次采全高。分层开采自20世纪70年代试验成功后就得到了广泛的应用；而综采放顶煤在80年代后也得到了极大的发展，不仅生产效率高，能耗低，而且掘进的巷道数少；对于一次采全高来说，在开采条件适当时大多数矿井都会选择该工艺，但由于该矿的埋藏深度、倾斜角度以及煤层厚度较大，井下开采时需要的资金、人员投入等较高，井下机械设备的选型以及液压支架的防倒防滑比较困难，因此通过分析可得，应采用一次采全高和分层开采相结合的综合机械化开采工艺，当开采高度小于4m时，采用一次采全高；而当大于4m时，则采用分层开采。

3 开采工艺的过程

3.1 割煤

在工作面回采期间，首先进行的是割煤作业，其中一名司机负责对采煤机前滚筒的割煤及顶板情况进行观察，而另外一名司机则负责观察后滚筒的割煤情况，以对煤层的开采高度进行控制。该矿工作面采煤机在进行采煤时前后两个滚筒遵循“左逆右顺”的规律，且采煤机的运行速度为1min前进2m～3m，每次进刀的深度为0.6m。

3.2 装煤

该工作面在进行煤炭装载作业时，利用交流电动机来带动采煤机的滚筒叶片进行动作，并配合使用刮板输送机，利用输送机靠煤壁一侧的铲煤板进行装煤，以实现煤炭的装载。

3.3 运煤

在进行煤炭的运输时，工作面利用的是刮板输送机，同时与该刮板输送机配套使用的是桥式转载机以及带式运输机。

3.4 顶板支护

为了保证顶板情况良好，必须进行有效的支护，其中工作面所使用的液压支架为ZY3400／6.5／14型，并在工作面的前后两端使用支撑掩护式液压支架。一旦围岩应力较大时，在原来巷道支架的位置处应设置中柱以加强支护，此外当端头支架与工作面支架之间的距离超过0.5m时，采用迈步抬棚进一步加强端头支护，并打好斜柱。

3.5 移架与推移刮板输送机

该工作面所采用的移架方式为追机移架，每次支架推进的距离为0.6m，垂直下降的距离不大于0.1m，相邻的两个支架不能同时进行下降，且相邻支架的距离不能大于0.2m。在移架时，首先应将采煤机及刮板输送机停机，同时移动第1架，然后相继移动第2架与第3架，直至所有的支架移动完成。当支架移动完成后，推移刮板输送机，每次移动的距离为0.6m。

4 开采工艺的优化

4.1 采煤工艺优化

在进行工作面开采的过程中，原有的作业方式为采煤机割煤、装煤以及推溜的工序同时进行，该方式虽然可以实现煤炭的正常装运，但在实际应用过程中，容易使铲煤板铲起的煤不能顺利运走，而堆积在煤壁附近，或者落到溜槽下方，导致推溜不到位以及切割顶板，为了改善这种状况，将原来的作业方式进行了改进，具体措施为：先进行采煤机割煤与装煤的工序，然后将采煤机关闭，开启刮板输送机，进行推溜作业。此外由于地质条件的复杂性，刮板输送机的使用范围受到了限制，因此对于一些起伏较大的区域，应进行人工辅助装煤，提高煤炭资源的利用率［1］。

4.2 移架及防滑措施优化

为了保证液压支架支护的强度以及支架的稳定性，对液压支架进行了优化改进。具体表现在：对于工作面液压支架而言，在进行拉架作业时，应首先将支架的伸缩梁伸起，使之与煤壁紧密接触，同时将相邻支架的侧护板撑开，进行带压擦顶作业，以防止液压支架之间的相互挤压，并根据工作面倾角的变化调整刮板运输机的移动方向，避免上移或者下滑。而对于端头支架而言，由于支架伸缩梁的前端没有煤壁，因此支架倾倒和翻转的问题更加突出，为了改善支护状况，在进行拉架作业时，将一根单体支柱斜向上打到了支架顶梁的附近，以支撑支架，并消除一部分的下滑力，此外对于最下方的端头支架来说，在移架时应采取千斤顶对支架进行控制，以提高支架的稳定性和安全性［2］。

4.3 顺槽设备防滑措施优化

工作面煤层倾角较大时，不仅会对液压支架造成影响，也会给顺槽运输设备的使用带来不便，为了解决这个问题，在转载机附近采取了相应的改进措施。在转载机的两侧增设了锚固装置，该装置是由高强锚杆组成的，且锚固方向沿着底板的倾向进行，并利用钢丝绳将转载机固定在锚杆上，锚杆之间的距离与刮板输送机每次的推移距离是一致的，此外还将转载机的机尾与端头支架进行连接，以对转载机进行固定，避免被拉跑。

4.4 防煤壁片帮措施优化

在对倾斜厚煤层综采工作面进行开采时，煤壁会发生片帮的现象，有的甚至达到了1.5m的深度，为了解决该问题，在容易发生片帮的区域增设了二级护帮装置的液压支架，并在每节刮板运输机的中部槽上设置了挡煤板，除了对采煤机以及刮板运输机的工作状况进行观察外，该挡煤板应保持时刻升起的状态；其次采煤机割煤后，在落后于采煤机2架液压支架的位置处立马进行擦顶移架作业，并及时打开护帮板，若片帮严重，则使用千斤顶将第一段护帮板向上翻转，以起到临时支护的作用；同时对煤壁进行加固，采用木质锚杆或者膨胀水泥尼龙绳锚杆等控制煤壁的片帮；此外一旦工作面的机械设备发生故障时，应在事故发生位置上方20m处安排专门的工作人员对煤矸滚落情况进行观察，并在5m的位置处设置挡矸板，避免煤矸伤人［3－4］。

4.5 架脚煤清理措施优化

工作面煤炭在进行开采时，破落下的煤块经常会滚落到液压支架的架脚处，从而影响支架的正常移动，并造成了煤炭资源的浪费，为了解决这个问题，对架脚煤的清理进行了改进：首先分区域清理架脚煤，提高作业效率，其中分段的距离以架脚走向挡矸设施为界限；其次在分段清理之前，要从上向下刨掉煤壁的伞檐，并将断层以及溶洞内的矸石敲落，以免对挡矸设施造成破坏；同时为了提高煤炭资源利用率，可暂时掀起刮板运输机上的防护网，以进行煤炭的装运，装完之后要及时将防护网恢复原态。

5 优化效果分析

通过对工作面采煤工艺进行优化可以发现，该采煤工艺在矿井中的应用效果良好，不仅实现了当月煤产量由15万t增加到了18万t，且实现了工作面的安全顺利生产，在提高经济效益的同时，提高了井下的产量以及吨煤的功效，此外煤矿开采过程中机械事故以及人员伤亡事故发生的可能性大大降低，不仅保证了工人的生命安全，同时减轻了工人的负担以及维修作业量。

6 结语

目前，大采高综合机械化开采工艺在倾斜厚煤层的应用中可供借鉴的经验不多，且由于地质条件的复杂性以及开采工艺的限制，在进行矿井的安全高效生产时仍然存在着许多问题。针对这些问题，进行了上述优化改进，确定了该矿的开采工艺以及开采工艺的过程，并通过改变采煤机装载以及推溜的顺序、将移架的方式改为“带压擦顶”作业、增设单体支柱、千斤顶以及挡煤板等，提高了采煤作业的安全性，增强了企业的开采效率，不仅实现了开采的顺利进行，而且实现了工作面的综采一次采全高，为其他矿井在类似开采条件下进行高效采煤提供了借鉴和参考。