華鎣山廣能公司大傾角煤層開采支護(hù)改革與發(fā)展

譚集蠔++王煥明++卓軍

摘 要：大傾角煤層在我國煤炭?jī)?chǔ)量中占有較多的比例，已成為煤炭開采業(yè)急需解決的重要課題之一。廣能公司多年的連續(xù)開采已使一些礦區(qū)近水平煤層、緩傾斜煤層的可采儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的比例的不斷減小。如何安全、高效地開采大傾角煤層已經(jīng)成為廣能公司亟待解決的問題。近年來廣能公司重點(diǎn)研究了大傾角煤層開采課題，通過采用走向長(zhǎng)壁后退式開采、詳細(xì)掌握地質(zhì)資料、合理選擇支架類型、采取一系列防滑、防倒和頂板控制等措施，解決了大傾角煤層開采支護(hù)難題，保障了特殊條件下的安全開采，提高了煤炭的回采率，減少了資源的浪費(fèi)，為大傾角煤層開采頂板管理，支護(hù)改革提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大傾角；頂板管理；支護(hù)改革

中圖分類號(hào)：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）01-0202-02

1 廣能公司大傾角煤層開采歷史

1.1 采煤方法

川煤集團(tuán)廣能公司建成40多年來，采煤技術(shù)先后經(jīng)歷了手采、炮采（刀柱、倒臺(tái)階、偽傾斜柔掩支架）、高檔普采、綜采（輕型綜采、波蘭綜采、大傾角綜采、急傾斜綜采）的艱難發(fā)展歷程。礦井采煤技術(shù)發(fā)展歷程大致可以分為手工開采階段、全面推行炮采、推廣機(jī)械化幾個(gè)階段。

1.2 支護(hù)變革情況

廣能公司采煤工作面支護(hù)先后采用過木支柱支護(hù)、金屬摩擦支柱支護(hù)、柔性掩護(hù)支架支護(hù)、單體液壓支柱支護(hù)、綜采掩護(hù)支架支護(hù)。木支柱是礦井投產(chǎn)初期采用的一種支護(hù)方式，工作面支柱排距0.8m、柱距0.5～0.6m，用點(diǎn)柱、棚架、木垛加固加強(qiáng)頂板支撐。工作面最大控頂5排，最小控頂3排支柱。

金屬摩擦支柱。是礦井1981—1992年緩傾斜炮采工作面的主要支護(hù)方式，用金屬支柱取代木支柱，是支護(hù)技術(shù)的重大改革，優(yōu)點(diǎn)是支撐力加大和可回收復(fù)用。工作面支柱排距擴(kuò)大到1m，柱距0.6m，仍實(shí)行三、五排控頂。

單體液壓支柱。是1984年高檔普采工作面使用的支護(hù)方式，支柱操作方便，初撐力增大。1992年后在炮采工作面也全部使用單體液壓支柱。

柔性掩護(hù)支架。是急傾斜工作面廣泛使用的一種支護(hù)方式，它的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便、工人在掩護(hù)支架下作業(yè)安全、支架可回收、消耗低。礦區(qū)先后使用過“一”字形、“八”字形、四邊形柔性掩護(hù)支架。

綜采支架。是1990年綜采工作面的支護(hù)方式，它的優(yōu)點(diǎn)是全液壓、全掩護(hù)、初撐力大，工人在支架下作業(yè)安全。川煤集團(tuán)廣能公司先后使用過ZYQ1800-14/32、ZYJ2200-06/17、ZYJ2300-13/32、ZYJ2200-08/27、ZYJ2200-08/22、ZJ3600-15/36等各種型號(hào)液壓支架。

2 綜采液壓支架的研發(fā)、應(yīng)用及成果

嘉華機(jī)械公司是川煤集團(tuán)廣能公司下屬企業(yè)，該公司現(xiàn)有適宜中厚急傾斜、中厚緩傾斜煤層、緩傾斜薄煤層和極薄煤層綜采裝備，具體是：MG100×2/456-QWD、MG250/620-QWD、MG300/720-AWD1、MG250/600-AWD、MG300/720—AWD1、MG100×2/495-QWD 、MG2×150/421-PFD（下分層采面）型采煤機(jī)組16臺(tái)； ZJ3600-15/36、ZJ3600-13/31 、ZQY3200-11/28 、ZY3400/6.5/14 、ZY3200/09/21、ZY3000-12/30型液壓支架1336架；ZTHJ11400-15/23型橫式端頭支架；SGZ730/160、SGB-730/160、SGZ-764/630、SGZ-764/160、SGZ730/320-LT型工作面刮板運(yùn)輸機(jī)，采煤主要裝備實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、大型化、重型化、系列化。嘉華機(jī)械公司自主研發(fā)具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“嘉華牌”大傾角綜采液壓支架和端頭支架，已批量生產(chǎn)，產(chǎn)品銷往國內(nèi)外，產(chǎn)品性能、質(zhì)量得到國內(nèi)外同行業(yè)一致好評(píng)。公司先后榮獲省、部質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)達(dá)標(biāo)廠、四川煤炭工業(yè)省級(jí)先進(jìn)企業(yè)，2005年獲四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局“質(zhì)量信譽(yù)同盟企業(yè)”稱號(hào)。

2.1 大傾角綜采

2.1.1 大傾角綜采技術(shù)試驗(yàn)階段

1996年，綠水洞煤礦和西安礦院在總結(jié)輕型綜采和波蘭大傾角綜采失敗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，對(duì)綠水洞煤礦的大傾角煤層綜采技術(shù)進(jìn)行了分步研究。從項(xiàng)目的可行性研究、采場(chǎng)頂?shù)装蹇刂坪烷_采工藝等方面入手，加強(qiáng)了綜采技術(shù)的攻關(guān)。1998年，大傾角綜采技術(shù)首先在6134工作面試驗(yàn)，工作面煤層平均傾角30.5°，通過5個(gè)月的試采，平均日產(chǎn)量達(dá)到800t，標(biāo)志大傾角綜采試采成功。1999年又繼續(xù)在平均傾角38°的5634工作面進(jìn)行試采，日單產(chǎn)突破1100t。

工作面采用ZYJ2300-13/32型液壓支架進(jìn)行支護(hù)（風(fēng)巷內(nèi)泵站配PB7B-160/31.5型乳化泵1套2臺(tái)）； MG375-QW1型雙滾筒采煤機(jī)落煤，然后通過工作面SGB-730/160型可彎曲刮板輸送機(jī)將煤炭轉(zhuǎn)載至機(jī)巷（下順槽），最后通過機(jī)巷（下順槽）的吊掛皮帶等運(yùn)至采區(qū)煤倉。

2.1.2 大傾角綜采技術(shù)完善階段

1996年至2006年期間，綠水洞煤礦也因開采深度的增大，煤層傾角也由30°增大至40°及以上，大傾角綜采技術(shù)水平在不斷實(shí)踐中得到了極大的提高。但是當(dāng)煤層傾角超過40°時(shí)，暴露出原研究的大傾角綜采技術(shù)不能滿足礦井安全、高效生產(chǎn)。一是ZYJ2300-13/32型液壓支架不能滿足采全高，造成留底煤開采，易推底；二是支架最大支撐高度3.2m，遇煤層厚度加大和斷層帶時(shí)，控頂情況差；三是原大傾角綜采面未使用下出口端頭支架，下出口管理難度大且對(duì)工作面液壓支架的下滑不能得到較好控制；四是MG375-QW1型采煤機(jī)不適應(yīng)傾角變大而經(jīng)常出現(xiàn)故障，對(duì)其檢修人安全威脅大；五是由于傾角變大，工作面片幫煤在運(yùn)輸機(jī)內(nèi)滑下飛竄傷人的威脅越來越大等問題。為此，綠水洞煤礦對(duì)大傾角綜采技術(shù)進(jìn)行完善改進(jìn)。著重對(duì)如何防飛矸傷人、過構(gòu)造帶如何控架；下出口的端頭支護(hù)、工作面支架重新選型、采煤機(jī)重新研制、后續(xù)運(yùn)輸設(shè)備重新選型等問題進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)和完善。通過研究和實(shí)驗(yàn)，大傾角工作面單產(chǎn)已達(dá)到60萬t以上。

根據(jù)工作面煤層傾角、厚度及其頂?shù)装迩闆r選用ZYJ2300/13/32型或ZYJ2600/14/36型液壓支架。選用MG—375QW1或MG250/620-QWD型采煤機(jī)組。工作面刮板輸送機(jī)選用SGB-730/160型可彎曲刮板輸送機(jī)。機(jī)巷（下順槽）安設(shè) SZZ-730/160橋轉(zhuǎn)機(jī)1臺(tái)（長(zhǎng)度40m）、PLM100破碎機(jī)1臺(tái)、1MYD（MY800）自移系統(tǒng)1套、SSJ-1000管架式皮帶機(jī)1臺(tái)（最大運(yùn)距1000m）。

2.2 急傾斜綜采

2008年，綠水洞加強(qiáng)了對(duì)煤層傾角在45°～60°的急傾斜煤層的綜采技術(shù)研究。通過采場(chǎng)礦山壓力數(shù)值模擬和設(shè)備穩(wěn)定性研究，提出了急傾斜（45°～60°）中厚煤層工作面支架、端頭支架、運(yùn)輸機(jī)、采煤機(jī)等設(shè)備必須具備的技術(shù)參數(shù)和功能。通過“三機(jī)”配套選型研究，選擇了嘉華機(jī)械公司生產(chǎn)的ZJ3600-15/36型液壓支架和ZTHJ11400-15/23型橫式端頭支架，天地（上海）公司改型的MG250/620-QWD采煤機(jī)，中煤集團(tuán)張家口煤機(jī)廠改型的 SGZ730/160運(yùn)輸機(jī)。通過現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，工作面平均月產(chǎn)達(dá)到47392噸。

2.3 急傾斜偽俯斜綜采

廣能公司李子埡南煤礦5135工作面為急傾斜煤層，又是特“三軟”煤層，平均厚度在1.93m，煤層傾角在50～85°。煤層傾角大、松軟，極易出現(xiàn)垮冒。2012年，李子埡南煤礦在5135工作面使用自主開發(fā)的急傾斜偽傾斜綜采薄及中厚煤層的綜合機(jī)械化采煤三機(jī)設(shè)備：MG100×2/495-QWD型采煤機(jī)、SGB-730/160-J型可彎曲刮板輸送機(jī)、ZJ3600/11（15）/24（36）型支撐掩護(hù)式液壓支架及ZJHJ11400/15.5（19.5）/25（29）上下端頭支架，采用急傾斜偽俯斜綜采技術(shù)，從9月開始試生產(chǎn)至11月止，平均（三個(gè)月正常月份）月單產(chǎn)達(dá)21019.6噸，最高月單產(chǎn)達(dá)23176.3噸，最高日產(chǎn)量超過1000噸。徹底解決了目前國內(nèi)薄及中厚急傾斜“三軟”煤層成套設(shè)備生產(chǎn)率低、故障率高、安全狀況差等難題。

該綜采支架和工作面刮板運(yùn)輸機(jī)防滑、支架防倒與推溜拉架聯(lián)動(dòng)，使職工操作簡(jiǎn)單，且防倒防滑更加可靠，此種作法在國內(nèi)屬首創(chuàng)；該支架具有頂梁異形等一系列特點(diǎn)，此種用于偽俯斜開采的液壓支架在國內(nèi)屬首創(chuàng)；工作面排頭架與端頭支架間增設(shè)了防滑（防第一架支架下滑）、擋矸（擋采空側(cè)矸）裝置，進(jìn)一步完善了大傾角綜采技術(shù)。該裝置在國內(nèi)也屬首創(chuàng)。

急傾斜偽俯斜綜采進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新并獲得了2項(xiàng)發(fā)明專利和2項(xiàng)實(shí)用新型專利技術(shù)創(chuàng)新成果：發(fā)明專利“一種用于煤礦綜采工作面的架間擋矸方法及擋矸裝置”，（申請(qǐng)?zhí)?013101026165）；發(fā)明專利：“一種增大綜采工作面中支架調(diào)節(jié)高度的方法及應(yīng)用支架”，（申請(qǐng)?zhí)?013101025694）；實(shí)用新型專利：“一種用于煤礦綜采工作面的架間擋矸裝置”，（專利號(hào)ZL 2013 2 0140562.7）；實(shí)用新型專利：“一種液壓支架”，（專利號(hào)zl 2013 2 0140561.2）。

2.4 急傾斜復(fù)雜煤層液壓可伸縮柔性掩護(hù)支架

廣能公司李子埡南煤礦煤層松軟，軟分層較厚，頂?shù)装鍑鷰r破碎，在采用柔性掩護(hù)支架回采過程中經(jīng)常遇見斷層或煤層薄化現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了煤炭質(zhì)量。一方面當(dāng)煤層厚度大于掩架寬度時(shí)，超過支架寬度的煤炭就不能回采，只能將底煤進(jìn)行丟棄，造成煤炭資源浪費(fèi)。當(dāng)煤層變薄小于支架寬度時(shí)，支架又不能正常推進(jìn)，出現(xiàn)皺架，這時(shí)只能臥底推進(jìn)，嚴(yán)重影響了煤炭質(zhì)量，同時(shí)工作面支架極易出現(xiàn)掛架、扣架、翹腳等現(xiàn)象，嚴(yán)重制約正?；夭?，同時(shí)給回采安全造成嚴(yán)重安全隱患。另一方面，采用現(xiàn)目前的柔性掩護(hù)支架回采時(shí)，工作面工作空間十分狹小，造成工作環(huán)境十分惡劣，極易造成工作面堵塞，影響工作面通風(fēng)使工作面內(nèi)瓦斯集聚，從而引起瓦斯事故，而為保證工作面通風(fēng)良好，工作面的配風(fēng)量遠(yuǎn)大于需風(fēng)量，不僅會(huì)造成礦井風(fēng)量緊張，而且也致使工作面風(fēng)速過大，導(dǎo)致粉塵飛揚(yáng)，給安全生產(chǎn)留下隱患。因此，為使礦井實(shí)現(xiàn)安全、健康、可持續(xù)發(fā)展，適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造情況下安全回采，減少資源浪費(fèi)，礦組織工程技術(shù)人員科技攻關(guān)，提出了“可伸縮柔性掩護(hù)支架及開采技術(shù)研究”。

2010年，李子埡南煤礦5127工作面采用偽傾斜液壓可伸縮柔性掩護(hù)支架采煤法進(jìn)行開采，全部垮落法管理頂板。液壓可伸縮柔性掩護(hù)支架在5127回采工作面試驗(yàn)期間，未發(fā)生輕傷及以上事故；沒有出現(xiàn)明顯掛架、翹腳及扣架現(xiàn)象，各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了目標(biāo)要求?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，采用的液壓可伸縮柔性掩護(hù)支架采煤法能夠很好的適應(yīng)1m～2m采高條件下的急傾斜煤層開采。

該研究成果對(duì)于改善李子埡南煤礦安全生產(chǎn)環(huán)境，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高礦井產(chǎn)量，改善企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具有十分重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，特別是對(duì)我國南方大都屬于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件影響的急傾斜煤層實(shí)現(xiàn)煤炭資源安全、高產(chǎn)、高效開采具有重要的示范作用，也是對(duì)我國乃至世界煤炭工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的一大貢獻(xiàn)。李子埡南煤礦液壓可伸縮柔性掩護(hù)支架及開采技術(shù)研究的成功實(shí)施和推廣獲得國家實(shí)用新型專利授權(quán)（專利號(hào)：201120023520.6）和國家發(fā)明專利受理（申請(qǐng)?zhí)枺?01110080964.8），技術(shù)屬國內(nèi)領(lǐng)先水平。

3 發(fā)展方向前景

從有關(guān)文獻(xiàn)資料來看，大傾角煤層的產(chǎn)量呈逐年上升趨勢(shì)，這說明對(duì)大傾角煤層的開采在我國越來越受到重視。廣能公司綠水洞煤礦自1981年建成投產(chǎn)以來，各階段采煤工藝取得成功，與各級(jí)工程技術(shù)人員付出的艱辛努力分不開，尤其是大傾角綜采技術(shù)的成功，更是為綠水洞煤礦實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效礦井建設(shè)作出了不滅的貢獻(xiàn)?！按髢A角綜采技術(shù)”全國聞名。廣能公司始終堅(jiān)持“科技興企”戰(zhàn)略，依靠科技創(chuàng)新，推進(jìn)企業(yè)安全發(fā)展。大傾角綜采技術(shù)的應(yīng)用，推進(jìn)礦井進(jìn)入高產(chǎn)高效發(fā)展之路。雖然廣能公司在大傾角綜采方面取得較大成功，但要真正攻克70°以上大傾角煤層綜采及無人自動(dòng)化綜采技術(shù)還需不斷摸索和實(shí)踐。

4 結(jié)語

根據(jù)大傾角煤層綜采特點(diǎn)，必須改變傳統(tǒng)的“三機(jī)”配套理念，以支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性為設(shè)計(jì)核心。選用采高適應(yīng)范圍大、支護(hù)強(qiáng)度高、寬型頂梁和底座，較大缸徑立柱、重量輕等特點(diǎn)的支架。和高阻力、大噸位的端頭支架；選用大功率、牽引力大、爬坡能力強(qiáng)的電牽引采煤機(jī)；選用全封閉、啟動(dòng)、制動(dòng)、防滑性能好的刮板輸送機(jī)。大傾角煤層工作面綜采支架在自由狀態(tài)下出現(xiàn)的下滑、傾倒和架間咬架現(xiàn)象是不可避免的。要使支架在工作過程中正常推進(jìn)，必須使支架的初撐力和工作阻力使頂梁與煤層頂板、底座與煤層底板之間有足夠的初撐力和工作阻力。

多年來實(shí)踐證明：廣能公司大傾角煤層開采技術(shù)日趨成熟，從實(shí)施大傾角開采以來，工作面未發(fā)生過大的冒頂事故，支架防倒防滑設(shè)施運(yùn)行可靠，采煤機(jī)無下滑事故，液壓支架和工作面輸送機(jī)下滑在控制范圍之內(nèi)。

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