复杂耦合条件下大角度俯采技术

康 乐

（霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿山西霍州 031412）

综采工作面大角度俯采由于俯采角度大，影响了回采过程中设备维护保养和施工工艺组织，同时工作面配套“三机”因受俯采角度限制，在回采过程中频繁出现事故，严重制约生产组织及安全管理，导致综采工作面大角度俯采至今仍是一个困惑采煤界的技术难题。根据综采技术设备设置参数分析，俯角0°～12°工作面回采符合综采设备正常操作，随着工作面俯角不断增大，回采过程中三个主要工序：割煤、推溜、拉架，会因俯采角度较大而带来技术管理难度增大，并且工序间相互制约，对工作面的安全和产量产生严重的影响，致使生产局面被动。辛置煤矿开采煤层10#煤，直接顶为9#煤、泥岩，均厚3.1 m，老顶为k2灰岩，均厚8.2 m，直接底为砂质泥岩，均厚0.8 m，老底中-细砂岩，均厚7.5 m；所回采的10-428C 工作面煤层结构复杂、含两层或三层夹矸，煤层均厚2.6 m，存在切巷倾向倾角大，工作面过断层顶板破碎及液压支架严重老化的复杂条件，开采所用主要设备为MGTY250/600-1.1WD型双滚筒电牵引采煤机、ZY3300/16/33 型液压支架、SGZ-764/315×2 型中双链可弯曲刮板输送机、SZZ-764/132转载机。

1 概况

10-428C 回采工作面已安装完毕，各生产系统已全部形成，工作面在140#～143#支架处揭露（F1H=2.4 m∠48°）正断层，断层走向N37°W，在机尾回风巷处揭露（F2H=3.6 m∠67°）正断层，断层走向N24°W，影响工作面正常推进。工作面切巷长度230 m，工作面煤层倾向平均倾角11°，局部最大角度19°，运输顺槽长度748 m，轨道顺槽长度944 m，巷道平均俯采角度16°，局部最大俯采角度达20°。其中1#～10#架段平均倾角16°；10#～5#架段平均倾角10°；25#～40#架段平均倾角19°；50#～62#架段平均倾角10°，104#～130#架段平均倾角11°，130#～154#架段平均倾角15°。工作面运输顺槽与轨道顺槽最大落差处52 m。工作面在回采过程中同时面临工作面大角度俯采、煤层倾向倾角大、工作面过断层顶板破碎、支架老化等复杂条件。

2 生产期间施工工艺

2.1 施工工艺改变情况

（1）改变采煤工艺。采煤机进刀方式由原先的端部斜切进刀改为中部斜切进刀，保持推移回采溜子时始终从机尾向机头方向进行顶溜，同时拉架过程中进行靠架操作及时调整支架架间间隙，改变支架方向等，防止支架出现倒架、咬架等问题。

（2）工作面调斜。当工作面倾俯角较大时输送机会下滑，造成输送机与转载机搭接不上，输送机运行过程中出现拉回煤现象。工作面伪斜角度应根据两巷导线点标高情况进行调整，通过调斜公式计算可得回采机尾超前22 m较为合理，由于工作面两巷标高最大错差45 m～52 m，根据现场经验及理论计算下端头超前距离控制在30m 左右较为合适，同时在推进过程中根据现场回采变化情况随时进行调整。工作面伪斜布置同时能减缓煤矸石下滑速度，防止煤矸石冲倒支架和砸伤人员。

（3）调整拉架方向。在工作面进行调斜和改变采煤工艺基础上，如输送机仍没有向上移动趋势可适当调整工作面支架方向，使支架推移梁向机头方向倾斜2°～3°，推移输送机过程中支架给输送机以向上分力，促使输送机向机头方向移动，推移方向保持由回采机尾向回采机头方向。

（4）回采溜槽上打压柱。当输送机下倾角度较大有侧翻危险时必须人工进行吊溜操作，将回采倾斜角度控制在合理角度内；为保证支架底座与输送机在同一平面避免输送机被推翻，在顶溜前每隔5 架在推移梁与回采溜槽连接处打单体柱压住回采溜槽，单体柱一端支设在支架顶梁，另一端支设在推移梁与溜槽连接处。

（5）底板台阶式俯采辅以人工卧底。局部俯采角度增大时，为减缓采煤机在回采过程中实际俯角，提高采煤机工作时稳定性，工作面采用小台阶推进严格控制采高，始终保持留有适当底煤，煤层倾角控制在16°内，为避免工作面破顶影响顶板管控需要提前对工作面进行破底，同时控制减小采煤机截深。

（6）支架防倒措施。支架受自重影响，会出现“栽头”、“歪斜”现象。主要采取的措施有：支架初撑力达标，接顶严实，禁止出现支架顶梁上方空顶现象；割煤过程中，顶板割平，控制支架与支架间前梁空隙或支架错差符合规定。

2.2过断层施工工艺

（1）揭露断层处为泥岩且岩石较软

施工工艺：拉架→割煤→移溜→拉架→清理浮煤

（2）揭露断层处为砂质泥岩、泥岩且岩石较硬

施工工艺：敲帮问顶→瓦检→打眼→瓦检→装药→瓦检→洒水→连线爆破→瓦检→洒水→拉架→清理大块矸石→割煤→推溜→拉架→清煤

3 设备改进情况

3.1 刮板输送机防滑

煤层倾角大于18°时安装防滑千斤顶，每隔6 m装设于支架底座一个拉拽锚固千斤顶锚固机槽，推移输送机时千斤顶处于拉紧状态，但推移千斤顶推力大仍能使输送机前移但不下滑，移架时防滑千斤顶松开，移架后仍处于拉紧状态。

图1 刮板输送机防滑装置

3.2 液压支架防倒防滑

（1）拉架操作管理。拉架时采取先将支架伸缩梁伸出顶住煤壁，同时将相邻支架紧靠在一起，然后再采取带压移架措施，移架的同时慢慢收伸缩梁，制止支架前倾。拉架过程中坚持追机作业，依次带压拉架，如工作面拉架、推溜困难时，为防止支架拉架滞后可适当减小进刀截深，避免支架前方空顶。

（2）单体柱辅助靠架。由于工作面支架老化，支架护帮板不能正常使用，推进过程中为避免支架间隙大架间漏矸、支架倒架，需使用单体柱辅助靠架。靠架过程中单体柱倾斜于机头方向支设在支架前梁上，降架拉架过程中同时对单体柱缓慢注液，单体柱给支架以倾斜分力，使支架从机尾方向向机头方向靠架。

（3）支架上方铺网。工作面受断层影响，部分区域顶板破碎严重，对于局部顶板破碎严重区域，需补打锚杆、锚索，加强支护；顶板冒落超过30cm时进行构顶作业，保证支架接顶严实。在顶板漏矸严重区域支架上方铺设菱形金属网，金属网上支架后随支架前移向后移动，支架上方金属网能有效避免支架架间漏矸，支架后方金属网一方面防止老山顶板垮落矸石冲击支架，一方面避免矸石向前窜矸。

（4）增设防滑装置。煤层倾角和俯角较大时，支架增设防滑装置，防滑装置如图所示，在靠近上下平巷处分别设标准支架作为防滑和锚固用，各支架用导轨-滑槽连在一起互为导向和防滑，同时用防倒千斤顶将支架互相拉在一起，用于防倒和一旦倒架时扶架，一般支架为三架一组相互导向。移架时不使用拉架-推移输送机千斤顶，而是先由左右两架将中问支架推出，待中问支架撑紧后再移上架最后移下架。支架组与组之间的移设顺序由下向上，端头支架一般水平装设于上下平巷内并有可靠锚固装置。

图2 支架防倒防滑装置安装及使用效果图

3.3 采煤机防滑

（1）对采煤机平面滑靴进行改造。由于工作面俯角大，为减缓采煤机向煤壁倾倒的趋势，对采煤机平面滑靴进行改进，将平滑靴底板加高，适度地抬高了煤壁侧的机身，使采煤机的机身向采空侧旋转一定角度，可弥补因俯采和平面滑靴磨损后导致的采煤机倾斜，减轻导向滑靴的磨损。根据采煤机平面滑靴与导向滑靴间距及倾斜角度计算可得，当俯采角度达到20°时平面滑靴加厚7 mm，即可使采煤机倾角减小1°。

（2）对采煤机导向滑靴进行改造。为提高导向滑靴强度，在导向滑靴老山侧内侧焊接耐磨层，见图3。改造后使导向滑靴整体强度显著提高，延长了导向滑靴的使用寿命，降低更换导向滑靴的频率。

图3 导向滑靴改进效果及现场应用示意图

（3）在采煤机采空区一侧增加配重，用以调整采煤机的重心，在俯采期间适当调整采煤机的重心到采空侧，在一定程度上降低采煤机的倾斜角度。

4 实施效果

经过生产工艺改变和设备操作改进后，工作面圆班生产最大达4.5刀煤，完成了倾向工作面俯采角度达到20°的回采任务，避免工作面弃面或重新布置切眼造成的煤炭资源损失，实现了开采复杂赋存条件下增加煤炭储量20万t，产生直接经济效益8 000万元。

5 结束语

综上所述，本文介绍了综采工作面在大角度俯采、煤层倾向倾角大，过断层顶板破碎及液压支架严重老化等复杂条件，在不更换原有装备的情况下，结合工作面实际情况及现有设备配备情况，通过对现有设备及生产工艺、设备操作进行适当改进，减少机电事故的发生，保证生产组织顺利进行，实现倾向工作面俯采角度达到20°的综合机械化安全开采，有效提高了生产效率和煤炭资源回收率，避免了煤炭资源浪费。