大倾角综采工作面围岩控制技术研究

麦新琼

摘要：通过对支架、支护系统、输送机、采煤机等工作面设备的稳定性进行了分析研究，分析了影响工作面设备稳定性的因素，并且在其基础上提出了一些相应的改进和控制措施。

关键词：大倾角;工作面;围岩;控制技术

我国自20世纪80年代以来，综采技术在缓斜煤层开采中广泛应用并取得高产高效，综采技术逐渐向倾斜煤层和急倾斜煤层开采拓展，开始出现“大倾角煤层”称谓。20世纪90年代至今，“大倾角煤层”作为一个煤炭开采的名词术语频繁出现，但至今尚无统一规范的定义。目前多数文献认为“大倾角煤层”是指埋藏倾角为35°～55°的煤层，是倾斜和急倾斜煤层的一部分。近年来，随着我国煤炭开采机械化程度提高，特别是大倾角工作面设备的研制成功，促进了大倾角煤层综采技术的发展。我们主要探讨大倾角煤层工作面围岩控制技术。

1当前大倾角采煤设备状况

液压支架在自由状态下处于失稳状态出现倾倒现象。当顶梁受到邻架约束时，也可出现向上倒架现象; 移架、调架困难。工作面下排头支架全靠人为调整、防护，管理难度大;工作面输送机下滑严重，特别是放顶煤工作面后部输送机下滑严重，前移困难。输送机溜槽与支架、采煤机连接件、导向件工况差。而输送机的防滑、前移主要靠液压支架进行定位、调整;采煤机上行爬坡、割煤困难，装煤效果差。

2大倾角煤层工作面围岩控制的内容

根据对大倾角煤层工作面顶板岩层的性质、结构以及顶板运移规律的分析，确定大倾角煤层工作面围岩控制的主要是工作面所用的支架要有足够支撑能力和一定的可缩量，从而能够保证对垮落带岩层的重量提供有效的支撑以及能更好的适应裂隙带岩层下沉给支架带来的影响;其次是保证工作面的设备有足够的抗滑抗倒能力，加强对工作面顶板的管理，防止工作面顶板冒顶以及煤壁片帮问题的发生。

近年来，随着科学技术的发展，综合机械化开采在全国大部分煤矿中被广泛的应用。综采技术能否顺利进行的关键因素是合理的液压支架选型，在综合机械化开采发展的初期，由于技术的不成熟，人们普遍认为当工作面倾角较大或者倾角超过20°时，支架就会失去稳定，就会给综合机械化开采带来很大的困难，随着技术的不断成熟，煤层开采条件的复杂化、多样化，部分矿区开始在一些倾角较大的煤层进行综合机械化开采的试验，相继取得了成功，为大倾角煤层综合机械化开采提供了宝贵的经验。

大倾角煤层由于煤层倾角相对比较大这个特殊条件，液压支架在进行支护时会受到两种不同力的影响，即法向应力和切向应力。其中法向应力是垂直向下的力，是对支架进行挤压，可以使支架能够很好地保持稳定性;切向应力是对支架进行推动，会对支架的稳定性造成很大的影响。

当工作面煤层的倾角不断增大时，法向应力会相应地减小，切向应力则会随之增大，这样就使得支架的稳定性受到影响而逐渐减弱，当工作面的倾角增大到某一定值后，支架就会失去稳定并且在控制的时候会增加很大的难度，这个倾角就称为工作面在进行综合机械化开采时的极限倾角。

3工作面设备稳定性研究

3.1工作面支架的稳定性分析

在大倾角煤层工作面在进行回采时，由于煤层倾角相对较大，支架在移架时常常发生支架下滑倾倒的问题。影响支架的稳定性因素主要有两个方面：一是支架的自身因素，二是地质和生产技术条件。于支架的初撑M0和工作阻M在任何情况下都为正值，因此，支架无论是处于初撑状态还是处于工作状态，支架的的稳定性相对自由状态下的好，另外适当增加支架的宽度具有很好的抗倾倒作用。除上述之外，当工作面发生煤壁片帮的现象时也会对支架的稳定性造成很大的影响，煤壁发生片帮容易导致工作面顶板条件进一步恶化，支架接顶的条件就会相对变差，造成支架的支护性能降低。

3.2工作面输送机稳定性分析

大倾角煤层工作面在进行回采时，引起工作面输送机下滑的主要因素是输送机本身的重力带来的下滑。工作面由于煤層倾角相对较大，输送机的下滑力必须保证处于最大静摩擦力的范围之内，这样才会确保输送机在运行时不会发生下滑现象，从而能够保证工作面的正常工作。如果排除其他因素的影响，由上面的式子可以推断出，当工作面倾角在19°～22°的范围内时，输送机不会发生下滑，当倾角的大小超出了这个规定的范围时，输送机在工作时就会出现下滑现象，工作面的倾角越大，输送机下滑程度就越剧烈。因此大倾角煤层工作面在进行回采时应采取有效的防滑措施来防止输送机在工作时出现下滑现象。

3.3工作面采煤机稳定性分析

在大倾角煤层工作面，当采煤机采用上行割煤方式进行开采时，采煤机不仅会受到自身重力倾向分力的影响，同时还会受到滚筒在割煤时煤体阻力的双重影响，采煤机上行困难，当采煤机所受的双重作用力大于其牵引力时，采煤机就会出现下滑的现象;当采煤机采用下行割煤方式进行开采时，采煤机电缆会出现急速下滑现象，如果不采取有效的技术措施，极易发生安全事故。因此，在进行大倾角煤层开采时，必须对采煤机采取一系列有针对性的防滑技术措施，实现工作面的安全高效生产。

4来压期间的围岩控制

4.1初次来压期间围岩控制

基本顶初次来压对回采工作面的影响较大，因此，必须掌握初次来压步距的大小和规律，积极采取相应的安全措施。在来压期间围岩控制具体措施有：（1）初次来压期间，安排专业小组对放顶期间的顶板管理工作进行指导。（2）对工作面工程的质量必须严格管理，加强工作面支护质量以及顶板动态监测工作，对监测结果要认真进行分析处理并及时反馈到生产现场，便于回踩工作面在遇到问题时能够采取有效的处理措施。（3）必须确保泵站压力，保证工作面液压支架的初撑力。（4）机电设备必须加强维护，保证回采工作面在来压期间设备的正常运转，确保工作面可以迅速安全的通过来压区。（5）在初次放顶期间，对顶底板出水情况要进行密切的观察，发现问题及时汇报并进行相应的处理，同时保证排水系统能够正常运转。（6）切实加强顶板管理，来压期间可以采用带压擦顶方式移架，及时超前移架支护顶板，顶板破碎时可以在支架顶梁上托木料加强支护。

4.2周期来压期间围岩控制

工作面周期来压是由于基本顶裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象。对周期来压前的预兆进行准确预判和确定来压步距是预防基本顶周期来压顶板事故的重要方法。

5 结束语

大倾角综采工作面开采围岩控制技术是大倾角采煤开采的关键技术之一，采用科学合理的综采设备并采取一定的措施，是确保大倾角煤层开采的关键。

参考文献：

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