中厚煤层大坡度俯采技术研究

黄 辉

(河南煤业化工集团永煤公司陈四楼煤矿，河南 永城 476600)

河南煤业化工集团永煤公司陈四楼煤矿于1997年11月6日正式投产，设计生产能力240万t/a。随着开采年限和开采强度的增加，矿井开采煤层地质条件越来越复杂，开采煤层倾角越来越大，为保证矿井工作面的正常接替，使用现有综采设备进行大坡度俯采成为一种必然。

1 工作面概况

陈四楼煤矿21110工作面位于十一采区，西为南翼辅助回风巷、南翼2#总回风巷，东为DF22逆断层及煤层露头，南为21111工作面采空区，北为21109工作面采空区。煤层倾角11°～32°，平均21°，煤层厚度1.5 ～3.1 m，平均 2.62 m。煤层直接顶为灰色砂质泥岩，基本顶为灰白色中粒砂岩，直接底为深灰色砂质泥岩，基本底为灰～浅灰色中细砂岩。煤层自燃发火倾向为III类，属于不易自燃煤层、低瓦斯、煤尘无爆炸性。工作面巷道布置示意图见图1。

该工作面采用单一煤层一次采全高、倾斜长壁后退式综合机械化采煤法，顶板控制采用全部垮落法。

2 回采使用主要设备

工作面回采过程中使用的主要设备见表1。

3 俯采过程中的难题分析［1－5］

3.1 防止液压支架下滑

图1 21110工作面巷道布置示意图

表1 工作面回采主要设备表

液压支架在自身重力的作用下容易下滑，若支架重量G沿斜面方向的分力大于支架和底板间的摩擦力，就会产生一个下滑力F，使支架下滑。下滑力F的计算公式为:

式中:

α—工作面倾角，(°);

μ—金属与岩层之间的摩擦系数，一般为0.25～0.3，取 0.27。

当煤层倾角 ＞ 临界角 α1(α1＜ tan－1μ =15°16')时，支架就要下滑。为解决这一问题，可采取下列措施:

1)工作面液压支架。为了保证支架在拉动过程中的稳定性，拉架前先伸出伸缩梁顶住煤墙，并打开侧护板，拉架时带压擦顶移架，稍微降架以能拉动支架为准。移架的同时慢慢收伸缩梁，煤墙对支架的推力、侧护板以及顶板对支架的摩擦力，可以抵消支架自身重力和采空区冒落矸石重力沿斜面方向的分力对支架的推力，使支架保持平稳;在支架顶梁接顶后，要至少停留2～3个泵站卸载过程，再把升架手把打至中位，要保证泵站压力不小于30 MPa，支架初撑力不小于24 MPa;拉架到位后，检查支架支护状态，对咬架、倒架、失稳、前后错落，蹬空或压死的支架，应及时处理。

2)端头液压支架。端头液压支架处于巷道中，移架时没有煤墙作为支撑，依靠本架操作难以完成。由于单体柱打在斜面上，传统的在支架顶梁前端打1根单体柱拉架的方式不够稳定、安全。经设计和计算，采用连锁千斤顶稳架的方式解决:在端头支架及相邻支架上各固定1个千斤顶，把这两个千斤顶用第3个千斤顶连接，3个千斤顶形成连锁，以保证拉架时支架不会下滑和倾倒。

3.2 上下端头方面

采空区以及上、下端头窜矸严重。大倾角俯采工作面采空区窜矸具有必然性。

1)从支架间后连杆间隙产生“低位窜矸”。由于采空区已垮落矸石在重力分力的影响下会涌向工作空间，要求支架具有较高的承载能力和良好的挡矸性能。ZY3800－16/35型液压支架能够满足工作面支护的要求，但其挡矸效果不好，主要原因是工作面采高大，掩护梁在空间位置较高，而该支架后连杆没有设计安装可调节的挡矸装置，其宽度不能完全隔离工作面支护空间与老塘。在坡度较大时，拉架过程中老塘大量塌落的碎矸石会从相邻两支架的后连杆间隙涌入架间和底座前，采高越大越严重。2)易从顶梁上产生“高位窜矸”。由于操作不当或其它原因，一旦在支架顶梁与顶板间出现空隙，老塘或顶梁上破碎顶板矸石易沿顶梁滑向煤壁机道或堆积在顶梁上，影响支架支护效果。3)由于坡度大，老塘窜矸易沿两端头巷道底板向下滚矸，增加了工作面两端头的作业难度和不安全因素。

为了防止采空区侧窜矸，在液压支架的掩护梁下用900 mm×450 mm×8 mm的铁板，配合1000 mm×500 mm的胶皮制作架间挡矸装置，并用螺栓固定在液压支架的四连杆上，阻挡从采空区涌出的矸石，同时，采取两端头防窜矸措施，端头支护除正常使用4 m的长梁支护外，沿切顶线从支架边界到巷道帮打设密集支柱，切顶线上密集支柱的数量，根据每两根切顶柱的间距打设1～2根，保证支柱间隙不能过矸石，且在打设抬棚时，在梁上铺双层1.2 m×1.0 m的塑编网，回棚后可有效阻挡矸石下窜。

3.3 防止刮板运输机被推翻

大坡度俯采时，刮板运输机易被推翻或被推到浮煤上，造成无法正常采煤。为解决这一问题，采取下列措施:

1)机头机尾处煤壁人工清煤后再推溜。2)工作面推溜时在刮板运输机下帮(铲煤板侧)打上支柱，压住刮板运输机推溜，如果刮板运输机下方浮煤较多，用单体柱压住刮板运输机采用来回多推几次的方法。

3.4 增加煤机装煤效果

俯采工作面煤机装煤效果差，由于工作面倾角大，采煤机割煤时向煤帮倾斜，煤机装煤效果差，造成工作面输送机推移不到位。而且由于机身倾斜严重，造成煤机易啃底，机道煤壁易留伞檐。为解决这一问题，采取下列措施:

1)对设备进行改造。加装煤机滚筒挡煤板，增加煤机滚筒转速和刮板运输机运行速度，及时运走装入溜槽的煤。2)加强现场管理，严格按规程作业，跟机推溜减小工序间的空间距离，让煤机压着推溜也是提高装煤效果避免刮板运输机上飘的1个有效措施，在必要时采用人工清理机道的落煤。

3.5 降低煤机滑靴、刮板运输机元宝座的损坏

俯采采煤机在重力分力的作用下易倒向煤壁，会引起润滑及各种导向滑靴，部分机械传动部位的机械磨损加重。俯采煤机沿机道倾斜行走时，煤机行走轮会产生1个对齿轨向煤壁侧的压力，这个压力会使承载齿轨的“元宝座”被拉坏。21110工作面在采煤过程中元宝座损坏的现象经常出现，而且元宝座是铸造在槽子上的，坏了只能焊接，严重影响生产。为解决这一问题，采取下列措施:

1)严格按规程操作，保证割煤、移架、推溜工序的衔接合理，防止运输机弯曲段过短，造成运输机弯度过大，以减少煤机行走轮对齿轨的压力。2)在煤机的机身上设计两个加油盒，煤机行走时滴下润滑油润滑齿轨，以减少齿轨和滑靴的磨损。

3.6 皮带运输巷设备防滑

大坡度俯采，转载机和带式输送机在各自重力分力等的作用下，易沿巷道底板下滑、窜移，增加了安全隐患，必须依靠辅助外力、设施对其进行固定，增加了作业工序。另外，顺槽带式输送机下运，在重载时易发生超速运行。皮顺倾角大时，大块煤矸在顺槽转载、运输中由于惯性及重力分力的作用，易发生向下超速窜滚，影响施工和作业人员的安全。为解决这一问题，采取下列措施:

1)转载机与机头第1架支架用630链条连接，防止转载机下滑。2)转载机与运输机机头底座，用带锁定千斤顶的链条涨紧连接。3)皮带机尾与转载机间用钢丝绳或链条连锁防跑，皮带机尾用压戗柱固定。4)坡度较大的地段，每隔100 m打地锚，用钢丝绳与皮带H架连接，防止皮带机整体下滑。5)坡度大时，拉皮带机尾的过程中，必须将皮带机尾与皮带顺槽底板地锚用钢丝绳进行固定，拉过皮带尾后必须及时将压戗柱打上。6)为防止皮带跑车，靠近皮带机尾大坡度段，每隔50～100 m在上皮带底加设增阻皮子，加大摩擦，增加皮带运行阻力，防止皮带上煤炭的重力分力作用引起的超速。7)在转载机头转载点设缓冲装置和挡煤皮子，缓冲转载后的煤炭速度，减小其冲量。8)在靠近皮带机尾大坡度范围内，每隔30～50 m在皮带机上设一段收敛装置内设挡皮，阻挡超速窜滚的大块煤炭。9)在皮带机人行道侧设防护栏，保证工作人员安全。

4 总结

21110综采工作面大坡度俯采的成功应用，证明在较大坡度(≤35°)的俯斜工作面，用正常综采设备、工艺开采是可行的，能发挥其高产高效的作用。在大坡度俯采过程中所采取的一系列措施，解决了大倾角俯斜综采的技术难题，保证了工作面的安全生产，为以后类似条件的综采工作面布置、安全回采提供了宝贵的经验和生产依据。

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