屯蘭礦大傾角回采工作面關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用

柴文祝

(山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司屯蘭礦技術(shù)創(chuàng)新辦公室，山西 古交 030206)

引 言

以屯蘭礦井下地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，利用力學(xué)原理及圍巖應(yīng)力知識(shí)分析大傾角綜采工作面開采技術(shù)難題，重點(diǎn)解決了綜采工作面刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架燈設(shè)備下竄下滑以及歪道等技術(shù)難題，用合理科學(xué)的方法提高了煤炭資源回收率，同時(shí)做好頂板管理及“一通三防”工作，確保了工作面安全順利推采，實(shí)現(xiàn)了綜采技術(shù)在大傾角工作面困難條件下的開采應(yīng)用，為同等條件下開采提供了實(shí)踐保證和科學(xué)依據(jù)，具有很好的使用價(jià)值和推廣前景。

1 屯蘭礦地質(zhì)條件

西山煤電屯蘭礦22306工作面位于北三盤區(qū)左翼，東接北三軌道巷，西鄰古交市富源洗煤廠保護(hù)煤柱。工作面標(biāo)高673 m～810 m，水平名稱+750，走向長(zhǎng)1 613 m～1 686 m，傾向長(zhǎng)188 m。2、3號(hào)煤層厚度穩(wěn)定，合并開采，2號(hào)煤厚1.70 m～2.60 m，平均約2.06 m；2號(hào)煤與3號(hào)煤之間夾一層砂質(zhì)泥巖，厚0.45 m～0.80 m，平均約0.59 m；3號(hào)煤厚0.55 m～0.76 m，平均約0.66 m；煤巖總厚均約3.31 m，煤層有益厚度均約2.72 m，可采儲(chǔ)量約103.5萬 t。煤層最大傾角14°，最小傾角2°，平均7°。

該工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層及褶曲發(fā)育，工作面兩順槽及瓦斯治理巷掘進(jìn)過程中共揭露9條正斷層。其中最小落差0.6 m，最大落差14 m。根據(jù)地表及兩順槽揭露情況分析，該工作面切眼附近為元家山向斜軸部，東翼煤層傾角較大整體呈8°～14°下山，西翼煤層傾角較小，整體呈2°上山，受其影響，樞紐附近伴生斷層及節(jié)理發(fā)育，煤巖層產(chǎn)狀變化較大，并且出現(xiàn)煤質(zhì)松軟、裂隙發(fā)育、瓦斯異常涌出等現(xiàn)象。

2 問題分析

根據(jù)屯蘭礦地質(zhì)條件可知，屯蘭礦22306沿推進(jìn)方向350 m～850 m段工作面膠帶順槽最大坡度為14°，軌道順槽最大坡度12°，在大傾角條件下，開采過程中煤層頂板和上部煤層會(huì)垮落并沿著傾斜方向滑落并滾落到工作面下部，導(dǎo)致在已回采區(qū)域內(nèi)形成非均勻的充填區(qū)，采面沿傾斜方向的圍巖變形和支承力重新分布，采面底板圍巖向采空區(qū)域內(nèi)的位移增大，使巖石發(fā)生變形和破壞的可能性增大。如果煤層底板被破壞，會(huì)產(chǎn)生巖石滑移，造成底板失穩(wěn)引發(fā)采面支護(hù)系統(tǒng)失穩(wěn)和圍巖災(zāi)變，導(dǎo)致原本處于穩(wěn)定狀態(tài)的設(shè)備下滑，增大傾倒的可能性，出現(xiàn)支架、刮板機(jī)下滑，架前大塊煤(矸)飛滾等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響工作面回采時(shí)的安全及效率。綜上所述，屯蘭礦井下影響生產(chǎn)和安全的主要難點(diǎn)有以下四個(gè)方面。

1) 采煤機(jī)的防滑，控制割煤速度及滾筒停放位置，并在工藝上進(jìn)行控制。

2) 刮板輸送機(jī)的防滑，支架合理的調(diào)向。

3) 端頭支架的防滑，端頭支架相互牽引，并改變移架順序。

4) 液壓支架的防倒，工作面“三平一直兩暢通”，隨時(shí)調(diào)整支架的支護(hù)狀態(tài)。

3 采取的技術(shù)方案

3.1 工作面支護(hù)強(qiáng)度保證

北三盤區(qū)左翼22306工作面處于礦井深部開采，礦山壓力相對(duì)較大，回采期間礦壓顯現(xiàn)更為明顯，且由于工作面傾斜布置較長(zhǎng)，在增加了設(shè)備負(fù)荷的同時(shí)，使得循環(huán)時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，循環(huán)進(jìn)度減慢，工作面周期來壓步距縮短，加快了周期來壓頻率，礦壓易于集中，主要變現(xiàn)在工作面經(jīng)常片幫，頂板破碎下沉，離層抽條等。為合理掌握礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，初采該工作面時(shí)，就在液壓支架上安裝了礦用數(shù)字壓力計(jì)，以便隨時(shí)觀測(cè)工作面礦壓顯現(xiàn)及支護(hù)質(zhì)量情況。在工作面主要采取的保證支護(hù)強(qiáng)度的措施如下。

1) 工作面嚴(yán)格執(zhí)行“三直一平兩暢通”，緊跟2號(hào)煤頂板、3號(hào)煤底板回采，嚴(yán)禁留頂?shù)酌?。支架工拉架過程中，必須及時(shí)扶架、靠架，預(yù)防支架倒架現(xiàn)象，保證支架與地板的夾角不超過5°。支架工操作完支架后，必須升緊支架后再等候4 s～5 s，保證支架初撐力合格。

2) 回采作業(yè)過程中，泵站壓力必須保持30 MPa，保證支架初撐力，并滿足推移運(yùn)輸機(jī)要求。回采過程中，應(yīng)對(duì)兩順槽超前段加強(qiáng)頂板觀測(cè)，加強(qiáng)頂板支護(hù)。

3) 片幫地段端面距過大時(shí)，對(duì)幫、頂采用打錨桿、單體以及圓木保證支護(hù)強(qiáng)度。

4) 拉移機(jī)尾超前支架時(shí)，要保證頂板完好，若頂板破碎，及時(shí)采用工字鋼維護(hù)頂板。

5) 嚴(yán)格控制追機(jī)作業(yè)距離，頂板破碎時(shí)及時(shí)帶壓移架。支架工必須緊跟采機(jī)后滾筒，及時(shí)拉架，采煤機(jī)司機(jī)與支架工必須密切配合，支架跟不上時(shí)，采煤機(jī)司機(jī)必須停機(jī)，待支架跟上采機(jī)后滾筒時(shí)，方可正常啟動(dòng)采機(jī)牽引割煤。

6) 采取二次移架方式，縮小端面距。

3.2 工作面防倒防滑

22306工作面煤層傾角較大，煤層最大傾角14°，最小傾角2°，平均7°。工作面生產(chǎn)過程中由于自身重力，支架、刮板運(yùn)輸機(jī)、電纜等設(shè)備易出現(xiàn)下竄、下滑現(xiàn)象，容易發(fā)生設(shè)備故障和事故，為避免事故保證正常生產(chǎn)，主要采取以下措施。

1) 推移運(yùn)輸機(jī)時(shí)，尤其是推移轉(zhuǎn)載機(jī)時(shí)，為防止設(shè)備受自重自動(dòng)下滑，應(yīng)在推移到位后，及時(shí)打單體錨固。若推移困難時(shí)，應(yīng)采用支架推移千斤配合單體進(jìn)行推移，單體打設(shè)必須背實(shí)背嚴(yán)，并拴保護(hù)繩，進(jìn)行遠(yuǎn)距離送液，防止單體滑脫傷人。

2) 為防止采煤機(jī)電纜水管下滑，在每隔10部支架處電纜槽側(cè)板處留設(shè)電纜防滑固定孔，進(jìn)行人為臨時(shí)固定電纜大線。將工作面固定設(shè)備供電電纜、液管統(tǒng)一鋪設(shè)在電纜槽里。

3) 采用人為調(diào)整支架方向，控制支架刮板機(jī)下竄。改變正常移架順序，工作面排頭支架按第三、四、二、一組順序移架，其余支架均為分段上行移架，每段5～10組支架，每段內(nèi)的移架順序與排頭支架相同。

4) 采煤機(jī)割煤過程中，為預(yù)防運(yùn)輸機(jī)下滑，必須隔架頂溜，保證采機(jī)割煤進(jìn)深達(dá)到0.8 m，同時(shí)預(yù)防采機(jī)割住頂梁現(xiàn)象。采煤機(jī)割煤過后，采煤機(jī)司機(jī)必須及時(shí)將頂溜手把復(fù)位，防止長(zhǎng)時(shí)間頂溜導(dǎo)致閥組密封損壞。

3.3 工作面設(shè)備管理

為最大限度降低設(shè)備故障率，確保采面設(shè)備安全運(yùn)行，提高開機(jī)率，有針對(duì)性地采取了以下主要措施。

1) 工作面支架、刮板運(yùn)輸機(jī)、管線的設(shè)備實(shí)行日常檢修維護(hù)分段承包到人的原則，以確保日常的全面檢修到位。

2) 生產(chǎn)班組交接班時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備的空負(fù)荷與帶負(fù)荷運(yùn)行檢查，及時(shí)消除設(shè)備隱患。

3) 生產(chǎn)過程中設(shè)專職人員在機(jī)頭機(jī)尾處察看、監(jiān)護(hù)運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)停機(jī)處理。

4) 液壓支架檢修工必須及時(shí)處理支架存在的隱患，保證支架完好，無跑、冒、滴、漏、串現(xiàn)象。

5) 支架工拉移液壓支架時(shí)，必須及時(shí)使用抬底千斤，提支架底座，將支架降低至可拉移為止，若浮煤多時(shí)，應(yīng)及時(shí)清煤，盡可能減少支架拉移阻力，保證支架能正常拉移到位。

6) 控制采煤機(jī)牽引速度在4 m/min以內(nèi)，控制煤流量，防止刮板輸送機(jī)負(fù)荷加重造成事故。停采煤機(jī)時(shí)滾筒必須放置在底板上，以增加其防滑阻力。

3.4 防止“飛”煤、滾幫傷人

為防止“飛”煤滾幫傷人事故，創(chuàng)造良好的安全作業(yè)條件，應(yīng)采取以下主要措施。

1) 作業(yè)過程中，嚴(yán)禁人員從支架前方通過，所有人員必須在支架立柱后方行走。

2) 采煤機(jī)司機(jī)操作采煤機(jī)必須全程站在立柱后方操作，若履帶槽內(nèi)有浮煤、浮矸需要清理時(shí)，必須停止采煤機(jī)，將支架護(hù)幫板打出，并進(jìn)行敲幫問頂，挑盡支架頂梁上的浮煤、浮矸后，方可站在擋煤板前清理。

3) 站在支架前清浮煤或處理其他問題時(shí)，同樣必須及時(shí)打出護(hù)幫板，護(hù)幫護(hù)頂后，方可進(jìn)行作業(yè)。

4) 采煤機(jī)割煤時(shí)將割煤、移溜、移架、清浮煤平行作業(yè)改為交叉作業(yè)。

5) 將前后溜頭正對(duì)位置的轉(zhuǎn)載機(jī)擋板增高至1.6 m，防止“飛”煤竄入端頭處人行道。

6) 工作面正常回采時(shí)，采煤機(jī)割過煤后，必須滯后后滾筒1個(gè)架及時(shí)打出護(hù)幫板，對(duì)煤幫進(jìn)行有效支護(hù)，防止?jié)L幫現(xiàn)象。

7) 支架拉移過程中，要防止支架咬架。移架應(yīng)避免將支架降得太低，支架錯(cuò)差不超過側(cè)護(hù)板的2/3，拉架時(shí)要保證頂梁平直，杜絕支架“低頭”、“射箭”等現(xiàn)象，支架架間間隙不超過100 mm。

8) 支架工拉架過程中，必須將支架護(hù)幫板打至煤壁平行位置，再降架拉移支架，防止拉架過程中滾幫竄出運(yùn)輸機(jī)傷人。拉架結(jié)束后，及時(shí)打出護(hù)幫板頂死煤幫，防止?jié)L幫。

4 應(yīng)用效果

通過在22306工作面通過對(duì)回采工藝及瓦斯治理技術(shù)的研究與應(yīng)用，解決了大傾角煤層工作面回采時(shí)設(shè)備下滑、滾幫問題，實(shí)現(xiàn)了超前液壓支架及系列車的正常前移，成功地治理了工作面上下鄰近層瓦斯，將工作面上隅角瓦斯控制在0.5%以下，將進(jìn)風(fēng)順槽及瓦斯治理抽采系統(tǒng)瓦斯?jié)舛戎?0%以上，加快了工作面推采速度，增加原煤產(chǎn)量，提高工作面抽采率，大大減少工作面配風(fēng)量，減輕通風(fēng)壓力，有效地保證了工作面安全高效回采，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)人員無事故零傷亡的重大戰(zhàn)略目標(biāo)，并取得了良好的社會(huì)效益。

在經(jīng)濟(jì)效益方面，通過新技術(shù)、新工藝的實(shí)施，成功完成了500 m大傾角工作面的回采任務(wù)，產(chǎn)值約18 000萬元；通過在22306工作面采用新的瓦斯治理模式、技術(shù)手段，有效提高瓦斯治理抽采系統(tǒng)瓦斯?jié)舛?，抽采的瓦斯全部進(jìn)行發(fā)電利用，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到200萬余元，間接經(jīng)濟(jì)效益40萬余元；在瓦斯治理巷利用千米鉆孔替代底抽巷解決下鄰近層瓦斯模式，極大降低瓦斯治理成本，此項(xiàng)節(jié)約成本達(dá)500萬余元，降低了工作面成本，提高了生產(chǎn)效率，有保證工作面安全回采。

5 結(jié)語

自我礦投入生產(chǎn)以來，特別是22306工作面大傾角開采，根據(jù)工作面實(shí)際情況，通過以上有效的控制措施，及時(shí)控制住了采煤機(jī)滑倒、支架歪倒、刮板運(yùn)輸機(jī)下竄下滑，飛矸飛煤等問題，確保了安全生產(chǎn)，提高了安全系數(shù)和工作效率，獲得了較高的煤炭資源回收率和良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。