浅论煤矿大倾角薄煤层综合机械化开采技术

王庆峰

摘要：本文分析了薄煤层综采工作面的优化设计、采煤技术方法控制和开采过程中遇到问题的有效解决措施等，进而为大倾角薄煤层安全高效开采提供有力的理论和技术支撑。

关键词：煤矿开采;大倾角薄煤层;设备防倒防滑;技術

引言

煤矿随着开采的不断向前延伸，到了中后期薄煤层则是很多矿井所遇到的问题。但是，往往地质构造的原因，不仅是薄煤层，而且大多都伴随着倾角的加大。而在大倾角下回采这些薄煤层，所带来的困难就比较大，涉及到安全的一系列问题。全国就薄煤层而言，约占可采储量的一半以上。一般随着矿井可采储量的日益枯竭，薄煤层的开采就成了主要面对的问题了。因开采设备的原因，现1.3-1.5m的较薄煤层，开采机械化程度还是不高的，其生产效率也较低，严重制约着开采的速度，影响高产高效矿井建设。较薄煤层用大架型进行开采，不仅使开采成本增高，还对顶板经常被切割，使得煤炭灰分增高，甚至部分资源不能被采出。薄煤层综采技术，其机械化装备配套，在煤炭行业还很不成熟，正处于探索阶段，尤其是大倾角较薄煤层综采实践还比较少，理论研究薄弱。探索大倾角薄煤层机械化开采途径，还有待深入的进行研究。淮北矿业根据近几年的实践经验，在大倾角条件下开采薄煤层，设备的防倒防滑是关键，其次是根据现场情况及时调整液压支护方式，配合采煤机往返切割。

1 薄煤层综采工作面的优化设计

1）做好勘探设计。因综采工作面设备多，且重量大，搬运也比较困难，而对复杂的地质条件还适应性差。为了保证生产均衡稳定，并能取得最大的开采效果和经济效益，必须充分利用现有的安全高效的地质保障手段。如采用无线电坑透、直流电法测水，以及打钻探放水等综合手段探明回采区域内的地质构造，将其在设计中进行优化，以达到对工作面回采影响最小的效果。

2）做好巷道布置优化设计。为避免工作面内地质构造、断层等的影响，可在确定工作面的走向可采长度、倾斜长度上优化设计。比如保证工作面有效防治水两顺槽均为向回采方向5°下山布置等。

3）设备优化设计布置。工作面选用合适的薄煤层采煤机，以适应更薄煤层的开采需要。比如可将原有滚筒改小，配备合适的掩护式支架，有的可在架前加装伸缩式前探梁，以便能及时有效的支护顶板，并防止冒顶事故发生。同时，工作面支架安设有防倒防滑装置，头组支架安装有防倒千斤顶，工作面每10组支架安装一防滑设施等方法。

2 采煤技术方法控制

1）采高的控制。总的回采原则应为：沿顶板回采，煤较薄时（1.0-1.6m）可适当剎底;当煤层厚度小于1.0m时，就必须剎底挑顶，可使用采煤机与响震动炮相结合的方式进行落煤。不论哪种情况，都必须控制采高在1.6m以上。小于此厚度的煤层，如果煤层沉积稳定，无顶底板起伏、断层等任何构造影响，回采可继续进行。但煤层变薄时，就要降低采高;当煤层变厚或地质构造变化时，这就需要调整工作面，采高不够1.6m就行不通了，这就好比井下巷道在弯道时就要加宽的道理。因此薄煤层回采时，必须控制好采高，使支架有一定的仰角，随时能调整工作面状态进行提车或刹底问题。

2）回采时采煤机割煤与支架工移架密切配合好。薄煤层回采时采煤机必须与支架密切配合，不然会影响生产。割煤时，必须刀刀挑顶，割至与支架平齐，还要将煤壁侧浮煤扫干净。两边的操作工要密切配合。否则，支架拉过去梁头下栽，或运输机飘车，这都会造成下刀采煤机难以通过。移架时，梁头不能栽头，要保证支架有一定的仰角。移架时，必须等采煤机进刀，将顶板割平后方可移架。割过煤后，采取追机移架，距离不小于6m。移完支架后，再顺序抵车。

3）做好端头顶板控制。因工作面倾角大，有的顶板为泥岩夹矸，且裂隙发育极不稳定。为防止端头处夹矸顶板破碎，对端头支架不接顶导致的下滑，需要在工作面端头、出口处的顶板管理上做好控制。比如在工作面下端头短臂注浆技术，超前预留出口方式对下端头进行管理，以安全、可靠、有效的控制端头处的顶板。①安全出口的支护形式。在工作面上、下出口顶板，采用合适的液压支护。上、下出口直接顶泥岩因受超前压力和风化影响，破碎易冒落。可超前工作面支设至少2棵戗柱对泥岩进行支护。在工作面内采用放炮方式预留超前出口，单体支柱配合铰接顶梁进行支护。②端头的支护形式。下端头夹矸顶板受风化和超前压力影响，极易掉落，容易破碎掉落伤人。前期可采用菱形网搭接巷道支护网的方法进行，后期采用在工作面下端头进行超前注浆对围岩进行加固，配合原有菱形网支护效果较好。工作面端头使用单体液压支柱配合金属顶梁进行支护，单体液压支柱的间排距与超前支护单体液压支柱的间排距相同，金属顶梁与超前支护的金属顶梁铰接，非工作面侧则使用铰接顶梁。③工作面下端头注浆（水泥浆）超前支护。因顶板自重的影响，下端头的直接项极易跨落，以上不能完全控制顶板不松散掉落。可采用短臂注浆方法。顺槽巷道因受到矿压及围岩受到分化影响，巷道被破坏的范围并不大。注浆孔的眼深不能太深，过深的眼会造成材料的浪费;可在工作面超前影响范围内注射。在直接顶跨落前注水泥浆，则能有效利用岩石因矿压产生的裂纹将直接顶加固。

4）做好防止矸石伤人控制。受大倾角影响，回采时也易发生煤矸片帮下窜。此时输送机机头以上30m范围内，可在护栏与支架间全部使用双层防矸网，使该段刮板输送机处于封闭状态。工作面刮板输送机运输道内要每间隔15m安设一组防冲栏，当煤矸沿刮板输送机滑落时能有效减缓下滑速度，保证作业人员的安全。

5）做好工作面各种设备下滑控制。大倾角、坚硬湿滑底板的特殊条件，工作面液压支架、刮板输送机需运用综合措施防止下滑。可采取移架和推溜的顺序以及工作面的调采等方式进行，以有效防止工作面液压支架、刮板输送机因大倾角下滑。对液压支架的防倒、防滑：可在3架排头支架之间的顶梁前部装有1个调架千斤顶，以调整支架的架间距，使下滑的支架得以复位。对工作面可弯曲刮板输送机的防滑：主要利用安装于液压支架顶梁推溜杆下方的防滑千斤顶进行。当溜槽下滑时，可利用防滑千斤顶将推溜杆向上顶从而阻止溜槽下滑。

3 开采过程中遇到问题的有效解决措施

1）工作面支架防倒与防止输送机上窜下滑。支架防倒和输送机上窜下滑是最常见问题，也是影响安全生产的大事。由于支架与输送机互相制约，输送机下滑容易牵动支架，从而损坏支架推移装置。支架倾倒，架向不正会造成输送机下滑，导致机头不能与转载机搭接运煤。因此，大倾角综采工作面必须采取有效措施，防止此类事故发生。这可采取如下措施进行：①伪斜开采。即采用机头超前，伪倾斜回采，使推溜时输送机的上移量与下滑量相抵消，保证输送机沿走向推进。先假定一个煤层倾角α，当倾角为α时，工作面设备刚好不下滑。假设输送机、液压支架、采煤机等设备总质量伪M，而煤层底板对金属的摩擦系数为μ=0.35时（如图1所示），根据某实例计算，则有：M×sinα= M×cosα×μ;tanα=μ;α≈19°。即：当煤层倾角大于19?时，工作面输送机就会自动下滑。若考虑工作面淋水等条件降低摩擦系数，该角度就小于19?，那就要再计算。工作面应有的超前量计算：AB为工作面上风道、下运道落差;AC为工作面斜长;AD为工作面伪斜后实际斜长;BC为工作面平面投影时的切眼长度;DC输送机刚好下滑时下运应有的超前量;∠ADB为伪斜时工作面倾角;保证输送机不下滑，下运超前量DC为：AD=AB/sinα=27/sin19°≈82.8m;AC=81.5m;DC=≈14m。但是，当两顺槽的落差随地质条件变化而变化，超前量不是固定的，需要随落差变化而调整。②防倒防滑措施。在工作面调伪斜后，工作面支架架向控制难度加大，这必须每刀保证架向垂直于输送机，适当减小超前量并加以防滑设施综合控制输送机的下滑。

2）输送机机头与转载机要合理搭接。薄煤层工作面虽采高较低，其顺槽的高度不能低，尤其下顺槽。下运道采用锚网支护时，沿底板掘进就出现了输送机机头与转载机搭接过高的问题。输送机落下的煤形成抛物线落入转载机，这就要求工作面输送机机头与转载机在水平方向上不能搭接，要留有一定余量。处理好输送机机头与转载机搭接高度，控制好距离，方可便于接煤运输。

3）老空区排水问题。工作面的不断向前推进，老顶冒落，在老空区就容易出水聚集，且不易排出。工作面运输采用下拉方式，皮带顺槽相对轨道顺槽的水平标高较低，老空出水时需在平巷溜尾预留临时水仓进行排水。因此采用支柱沿空留巷方式，在沿空留巷段安设水泵排水，并制定留巷段的通风和配套安全措施，方可避免老空水的不受影响。

结束语

实现大倾角薄煤层综采工作面的安全顺利回采，需要摸索出一套适应此类工作面的一系列方法和技术措施，只有解决好安装、回采、回撤中所遇到的一些难题，才能确保矿井的安全和高产高效回采。其中大倾角薄煤层综合机械化回采中的設备防倒、防滑是关键。

参考文献

[1]辛海亭，王维.大倾角薄煤层坚硬湿滑底板综采技术研究与应用[J].中国高新技术企业，2012.05：141-142.

[2]张德军.大倾角薄煤层综合机械化采煤技术总结[J].广东科技，2012，23：189，130.