工作面大傾角仰采段安全開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

張興堯

(山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán) 張家灣煤業(yè)有限公司，山西　大同　037007)

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

工作面大傾角仰采段安全開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

張興堯

(山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán) 張家灣煤業(yè)有限公司，山西大同037007)

摘要針對(duì)炭窯峪煤礦81801綜采工作面局部煤層傾角突然增大的賦存情況，分析了礦壓顯現(xiàn)特征及“支架—圍巖”關(guān)系特點(diǎn)。研究表明：在工作面仰斜開(kāi)采時(shí)，頂板除受自重力作用外，還增加了向采空區(qū)分力，使頂板巖層受到拉力作用，并出現(xiàn)煤壁片幫和壓出增多，因此需選用支撐能力大、穩(wěn)定性能好，大拉力推移千斤頂?shù)囊簤褐Ъ?。開(kāi)采結(jié)果表明：在仰斜開(kāi)采前，先將工作面調(diào)斜，增加支架防滑、防倒裝置，實(shí)行超前移架，起吊刮板輸送機(jī)、墊高中部槽，采煤機(jī)調(diào)整為中部進(jìn)刀方式，勞動(dòng)組織實(shí)行綜合工種分段作業(yè)，并加強(qiáng)端頭支護(hù)等措施，可安全通過(guò)局部仰采段。

關(guān)鍵詞局部仰采；礦壓分析；開(kāi)采對(duì)策；技術(shù)應(yīng)用

近些年來(lái)，隨著國(guó)產(chǎn)綜采設(shè)備技術(shù)性能的逐步成熟，綜合開(kāi)采技術(shù)以其回采工效高、采出率高等優(yōu)點(diǎn)在一些生產(chǎn)礦井和新設(shè)計(jì)礦井得到普遍推廣應(yīng)用。但在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，由于煤層賦存條件的變化，或是受到地質(zhì)構(gòu)造的影響，煤層傾角會(huì)突然增大，工作面礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律及生產(chǎn)工藝都會(huì)出現(xiàn)一些新特點(diǎn)，尤其是當(dāng)仰采角度超過(guò)一定值后，工作面頂板活動(dòng)情況與緩斜工作面頂板活動(dòng)規(guī)律發(fā)生明顯變化，煤壁片幫壓出的可能性增加，導(dǎo)致綜采設(shè)備將不適應(yīng)推進(jìn)、頂板管理困難和工作面運(yùn)輸難度加大等一系列問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)一些專(zhuān)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究和實(shí)踐，對(duì)仰斜開(kāi)采礦壓顯現(xiàn)特征進(jìn)行了深入分析，根據(jù)“支架—圍巖”關(guān)系特點(diǎn)，對(duì)液壓支架性能進(jìn)行了技術(shù)性能設(shè)計(jì)，并優(yōu)化了開(kāi)采工藝，明確了可靠的防片幫措施，使得仰斜開(kāi)采技術(shù)更趨成熟。隨著綜采工作面大傾角仰采工藝的推廣和應(yīng)用，使仰斜開(kāi)采技術(shù)更加完善具體，無(wú)論在設(shè)備選型上，還是在工藝流程上都得到了很大程度提高。在當(dāng)前煤炭安全生產(chǎn)形勢(shì)下，煤礦不僅僅只注重開(kāi)采技術(shù)，在安全上也需要不斷創(chuàng)新，不斷細(xì)化管理措施，又提出了綜采仰采工作面安全開(kāi)采技術(shù)，從而解決了安全開(kāi)采的問(wèn)題。本文在專(zhuān)家學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合炭窯峪煤礦仰斜段開(kāi)采實(shí)踐，系統(tǒng)分析了礦山壓力活動(dòng)規(guī)律，針對(duì)性地采取了增強(qiáng)支架性能、加裝護(hù)幫板等措施，從而達(dá)到防止煤壁片幫、頂板斷裂的效果，同時(shí)細(xì)化調(diào)整了生產(chǎn)工藝，優(yōu)化了勞動(dòng)組織，并在各生產(chǎn)工序操作上制定了安全措施，從而實(shí)現(xiàn)煤礦安全、高效生產(chǎn)。

1工作面概況

炭窯峪煤礦81801綜采工作面走向長(zhǎng)度990 m，方位19°48′41″；傾斜長(zhǎng)度130 m，煤層傾角7°～15°；煤層厚度1.7～5.2 m，平均3.06 m，可采儲(chǔ)量為52.87萬(wàn)t.工作面地面標(biāo)高1 525～1 550 m，煤層標(biāo)高1 070.8～1 216.2 m，埋藏深度308.8～479.8 m.工作面順槽在550～650 m處沿煤層走向傾角增大為16°～23°，局部達(dá)26°，因此，工作面在此區(qū)段沿走向推進(jìn)時(shí)需要采用仰采技術(shù)。

2工作面仰采礦壓顯現(xiàn)特征及“支架-圍巖”關(guān)系

通過(guò)力學(xué)結(jié)構(gòu)分析，工作面仰斜開(kāi)采時(shí)，由于煤層傾角自然因素，頂板在自重力作用下，產(chǎn)生一個(gè)向采空區(qū)方向的分力，在此分力作用下，工作面頂板巖體向采空區(qū)方向移動(dòng)，巖層受到拉力作用。為此工作面頂板可能斷裂，或者出現(xiàn)裂隙、裂縫，并加劇破碎，相應(yīng)煤壁的水平位移量增大，煤壁片幫和壓出現(xiàn)象明顯增多，并有將支架推向采空區(qū)的趨勢(shì)。通過(guò)研究分析，雖然煤層傾角在一定程度上能減弱頂板法線應(yīng)力，但由于煤層水平位移量增大，造成頂板初始下沉和端面距增大，從而導(dǎo)致頂板穩(wěn)定性變差，工作面維護(hù)條件變壞。

根據(jù)“支架-圍巖”關(guān)系特點(diǎn)，工作面在仰斜開(kāi)采時(shí)，采空區(qū)頂板垮落后，矸石有涌向采空區(qū)趨勢(shì)。因此，應(yīng)在技術(shù)工藝、設(shè)備選擇上解決安全開(kāi)采問(wèn)題，一是支架宜選用支撐能力大、穩(wěn)定性好、頂梁受力狀態(tài)好、切頂性能強(qiáng)的支撐式液壓支架或支撐掩護(hù)式液壓支架，同時(shí)為防止支架向采空區(qū)傾斜，支柱應(yīng)斜向煤壁6°左右，并設(shè)置復(fù)位千斤頂，以確保支柱與煤壁的正確位置關(guān)系。二是工作面布置時(shí)傾斜長(zhǎng)度不能過(guò)大，否則由于煤壁片幫造成煤量過(guò)多，輸送機(jī)難以啟動(dòng)，在防止煤壁片幫問(wèn)題上，液壓支架應(yīng)加裝護(hù)幫板，移架后及時(shí)打開(kāi)。三是針對(duì)仰斜開(kāi)采移架困難的問(wèn)題，當(dāng)傾角較大時(shí)，應(yīng)采用淺截深、小移量、多次移架的臨時(shí)措施，同時(shí)優(yōu)先選用大拉力推移千斤頂?shù)囊簤褐Ъ埽哟笱谧o(hù)梁的坡度，使得托梁受力作用方向趨向底座內(nèi)，有利于支架工作，增加支架穩(wěn)定性，從而解決移架困難等問(wèn)題。

3工作面仰采主要問(wèn)題及分析

由于炭窯峪煤礦81801工作面在550～650 m處沿煤層走向推進(jìn)時(shí)為仰采，工作面開(kāi)采將面臨以下主要問(wèn)題：

3.1　圍巖控制

1) 工作面頂板管理難度加大。

工作面在推進(jìn)過(guò)程中，頂板在自重力作用下，產(chǎn)生向采空區(qū)的分力，并使頂板巖層受拉，頂板容易斷裂，并且隨著仰采角度的增加，礦壓顯現(xiàn)尤為突出，從而作用于支架上，使得支架壓力增大，嚴(yán)重時(shí)將支架壓死并損壞。

2) 工作面煤壁易片幫。

工作面割煤后，煤壁出現(xiàn)一向采空區(qū)方向的俯角，煤壁在自重力的作用下極易片幫，煤塊拋落到控頂區(qū)內(nèi)，不僅加大了清理浮煤的工作量，還嚴(yán)重影響到工作面人員、通風(fēng)安全。

3.2　設(shè)備運(yùn)行

1) 支架推移時(shí)，向采空區(qū)水平位移量增大，造成液壓支架向煤壁方向推移難度增加

2) 采煤機(jī)割煤時(shí)，采落的煤炭極易拋灑到控頂區(qū)，影響人員和設(shè)備安全。

3) 隨著工作面仰采角度增大，刮板輸送機(jī)每推進(jìn)一個(gè)循環(huán)步距，輸送機(jī)的里沿和外沿會(huì)出現(xiàn)15～30 cm的落差，增加了墊高輸送機(jī)外沿的工序及工作量。

4) 由于煤層傾角增大，致使巷道坡度增加，布置在運(yùn)輸巷道內(nèi)的設(shè)備列車(chē)前移、固定及安全防護(hù)難度增大。

4開(kāi)采對(duì)策

4.1　合理配置設(shè)備

1) 為保證工作面刮板輸送機(jī)鋪設(shè)平整，每隔5臺(tái)液壓支架安裝一組起吊滑輪，專(zhuān)門(mén)用于抬高工作面輸送機(jī)外沿，不僅優(yōu)化了施工工藝，還保證了起吊溜槽高效安全。

2) 根據(jù)“支架-圍巖”關(guān)系特點(diǎn)，在81801工作面選用ZF13000/23/36型支撐掩護(hù)式液壓支架，該支架采用了雙伸縮立柱、整體頂梁、可伸縮掩護(hù)梁、前護(hù)幫板、側(cè)護(hù)板等，減少了隨采高變化對(duì)立柱縮節(jié)拔節(jié)的工序，更有利于頂板管理。該支架還增加了抬底千斤頂、調(diào)架千斤頂，滿足了調(diào)整支架及大傾角仰采的護(hù)幫要求。同時(shí)，為有效防止液壓支架倒架、下滑，工作面每隔10臺(tái)支架配備一組防倒、防滑裝置。

4.2　優(yōu)化采煤工藝

1) 工作面施工工藝：由原來(lái)割煤→移架→移輸送機(jī)工序，調(diào)整為移架→割煤→移輸送機(jī)，通過(guò)掏梁窩，實(shí)現(xiàn)超前移架，不留端面距，從而有效控制機(jī)道頂板。

2) 采煤機(jī)進(jìn)刀方式：由兩端頭斜切進(jìn)刀調(diào)整為在工作面中部進(jìn)刀方式，實(shí)行各工種平行作業(yè)，為起吊輸送機(jī)墊高溜槽、清理架間浮煤提供時(shí)間和空間。

3) 勞動(dòng)組織：由追機(jī)作業(yè)調(diào)整為分段作業(yè)，保證作業(yè)人員、施工地點(diǎn)、施工工藝“三固定”，從而達(dá)到安全高效要求。

4.3　制定開(kāi)采方案

1) 工作面調(diào)斜。

在采煤工作面進(jìn)入仰采段前，采煤機(jī)割完調(diào)斜前的最后一刀煤時(shí)，旋轉(zhuǎn)中心端停移輸送機(jī)，另一端則移夠一個(gè)截深，并將輸送機(jī)調(diào)成一條直線，然后采煤機(jī)割煤，將工作面逐步調(diào)斜，使機(jī)頭超前機(jī)尾距離控制在15～17 m，從而減小開(kāi)采時(shí)工作面仰采角度。

2) 回采工藝。

a) 移支液壓支架。

在梁窩掏好后，移架工采用帶壓擦頂快速移架，移架必須逐架進(jìn)行，采用鄰架操作，防止煤壁片幫影響操作人員安全。每個(gè)支架移架完成后，必須立即升起支架，充分接頂，并達(dá)到初撐力要求后方可進(jìn)行下一架操作。

b) 采煤機(jī)割煤。

在采煤機(jī)割煤前，先降低液壓支架前柱，用輸送機(jī)鏈條一端固定在液壓支架前柱梁的起吊環(huán)上，鏈條另一端與輸送機(jī)排軌連接，然后升起支架前柱，使輸送機(jī)靠采空區(qū)側(cè)一端抬高25 cm，將厚度為20 cm的道木墊在輸送機(jī)下，使輸送機(jī)傾斜度控制在7°以下，放下支架前柱梁并松鏈，立即升起支架，使支架充分接頂，初撐力達(dá)到要求。調(diào)整順序必須從工作面頭部向尾部逐架完成，直至輸送機(jī)全部調(diào)整到位。待輸送機(jī)調(diào)整完成后，調(diào)整采煤機(jī)滑靴，將平面滑靴(前滑靴)更換為低滑靴，導(dǎo)向滑靴(后滑靴)不變，以達(dá)到采煤機(jī)保持水平為宜，然后開(kāi)機(jī)割煤，采煤機(jī)司機(jī)必須站在架間遠(yuǎn)距離遙控操作。

c) 推移輸送機(jī)。

在采煤機(jī)完成割煤、清底煤后，逐次推移輸送機(jī)到位。

3) 其他工序。

a) 超前及端頭支護(hù)。為加強(qiáng)上下端頭及兩巷超前支護(hù)強(qiáng)度，保證端頭及超前支護(hù)的穩(wěn)定性，所有單體支柱底座必須預(yù)刨柱窩，支柱迎山角度按照煤層傾角的1/6支設(shè)，支柱都要迎山有力，初撐力不小于90 kN.加強(qiáng)支柱防滑、防倒管理，柱間使用硬連接，柱帽上焊接螺絲帽與單體柱用鏈條連接，并與頂板上的金屬網(wǎng)片連接牢固。

b) 設(shè)備列車(chē)前移。工作面設(shè)備列車(chē)前移到仰采段，將列車(chē)一次性移至斜坡上部?jī)A角小于13°的地段，將列車(chē)用卡軌器固定牢靠，并安設(shè)防跑車(chē)裝置，設(shè)專(zhuān)人定期進(jìn)行檢查、檢修。

4.4　安全技術(shù)措施

1) 在推進(jìn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制循環(huán)推進(jìn)度，保持支架平穩(wěn)前移。在移架時(shí)煤壁側(cè)嚴(yán)禁站人，防止?jié)L落碴塊或煤炭傷人。

2) 及時(shí)清理機(jī)道內(nèi)及架間浮煤，減少推移輸送機(jī)和移架的水平阻力，確保移架和推移輸送機(jī)工作正常進(jìn)行。

3) 當(dāng)工作面煤壁片幫影響安全生產(chǎn)的問(wèn)題，應(yīng)積極采取有效措施：

a) 將支架全部改為鄰架操作，防止煤壁片幫影響到移架工安全。b) 采煤機(jī)司機(jī)必須使用遙控器遠(yuǎn)距離操作，確保遙控器靈敏可靠，并在操作過(guò)程中注意觀察頂板、煤壁情況，待采煤機(jī)推過(guò)后，及時(shí)前移輸送機(jī)。c) 當(dāng)仰采角度過(guò)大，煤壁片幫嚴(yán)重時(shí)，在機(jī)道與人行道之間加設(shè)尼龍繩擋矸網(wǎng)，并對(duì)機(jī)道進(jìn)行封閉管理，確保防矸網(wǎng)與支架連接嚴(yán)密，防止煤矸竄出傷人。d) 人員進(jìn)入煤壁側(cè)進(jìn)行掏梁窩等操作時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問(wèn)頂。

4) 加強(qiáng)支架的檢修維護(hù)，使支架始終處于最好的支護(hù)狀態(tài)，確保工作面支護(hù)強(qiáng)度。

5) 工作面割煤后煤壁應(yīng)保持直線，頂板平整，移架、推溜也要保證成直線。

6) 確保安全出口暢通，及時(shí)在兩端頭安全出口和兩順槽巷道清挖臺(tái)階，每班設(shè)專(zhuān)人及時(shí)進(jìn)行清理，防止因陡坡或底板光滑而發(fā)生摔倒傷人事故。

7) 進(jìn)行拆、卸、砸、拖、拉、抬、撬等作業(yè)時(shí)必須做到統(tǒng)一指揮，統(tǒng)一行動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)使用的工具、索具等安全設(shè)施在使用前必須認(rèn)真檢查。

8) 送電及操作電器設(shè)備必須由專(zhuān)職電工進(jìn)行，所有電氣設(shè)備不得有失爆現(xiàn)象，并保護(hù)好各類(lèi)設(shè)備、設(shè)施。

9) 加強(qiáng)液壓系統(tǒng)管理，保持液壓系統(tǒng)完好，乳化液配比濃度符合規(guī)定，液壓泵站壓力不得小于30 MPa，保證支架的支護(hù)強(qiáng)度，無(wú)跑、冒、滴、漏現(xiàn)象。

5結(jié)語(yǔ)

開(kāi)采實(shí)踐證明，綜采面仰斜開(kāi)采技術(shù)適用于炭窯峪煤礦局部大傾角仰采段安全開(kāi)采，通過(guò)選用ZF13000/23/36型支撐掩護(hù)式液壓支架，滿足了調(diào)整支架及大傾角仰采的護(hù)幫、護(hù)頂要求，通過(guò)優(yōu)化采煤工藝、制定開(kāi)采方案、采取有效的安全措施實(shí)現(xiàn)了特殊地段局部仰斜開(kāi)采，為今后煤礦在地質(zhì)條件復(fù)雜地段進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)和合理開(kāi)采有限的煤炭資源提供了可靠的技術(shù)依據(jù)，可對(duì)類(lèi)似條件下煤礦安全開(kāi)采提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]周加啟,華興斌.綜采仰采工作面安全開(kāi)采技術(shù)[J].山東煤炭科技,2012(5):25-26.

[2]劉篤鴻.綜采工作面大傾角仰采工藝的探索與實(shí)踐[J].山東煤炭科技,2011(3):16-17.

[3]閆繼偉，丁立偉，馬雄飛，等.復(fù)雜地質(zhì)條件下大傾角仰采技術(shù)[J].中州煤炭,2014(10):17-18.

[4]趙晨光.大傾角綜采工作面開(kāi)采技術(shù)探析[J].能源與節(jié)能,2015(4):119-120.

[5]劉光木，徐西明.工作面大傾角開(kāi)采工藝研究與實(shí)踐[J].能源與科技,2011(32):270-262.

[6]李立，張世青，趙健健，等.孤島仰采工作面煤壁片幫分析與治理[J].煤炭工程,2014(7):81-82.

Application Practice on Safe Mining Technology in the Upward Mining Period of Large Dip Angle Face

ZHANG Xingyao

AbstractIn view of the occurrence of which the local coal seam dip angle is suddenly increase of 81801 fully mechanized coal mining face in Tanyaoyu coal mine. The mine pressure apparent characteristics was studied and the support and the surrounding rock relationship feature was analyzed. Research shows that when the face upward inclined mining, the roof except by the gravity, also added to the component force of the mined-out area, make the roof strata subject to tension, and coal wall caving and pressure increasing, so need the hydraulic support of large supporting capacity, good stable performance and large tension advancing jack. The mining results show that before the upward inclined mining the working face first oblique, add prevent support slipping and falling device. Implement advancing support, lifting scraper conveyor, padding middle trough, coal winning machine is adjusted central feed way, labor organization carry out comprehensive work segmented operation, and strengthening the end supporting, can safely pass through local upward mining period.

Key wordsLocal overhead mining; Analysis of rock pressure; Mining countermeasures; Technology application

中圖分類(lèi)號(hào)：TD823.21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-0652(2015)08-0031-04

作者簡(jiǎn)介：張興堯(1975—)，男，山西懷仁人，1997年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院，助理工程師，主要從事采煤技術(shù)管理工作(E-mail)1848697450@qq.com

收稿日期：2015-06-28