大倾角厚煤层综采放顶煤开采技术

　　（开滦赵各庄矿业公司，河北 唐山 063102）

　　摘 要：针对大倾角厚煤层采用分层长壁炮采、П型钢放顶煤等采煤方法存在采煤率较低，员工劳动强度大、高产高效受限、安全等诸多因素。开滦赵各庄矿业公司通过大倾角厚煤层采煤工艺的改革，实践大倾角厚煤层综采放顶煤工艺，收到了安全可靠、提高效益的效果。

　　关键词：大倾角；厚煤层；综放

　　开滦赵各庄矿业公司是一个有百年急倾斜开采历史的矿井，矿井位于河北省唐山市古冶区开平煤田向斜的东北边缘。煤层赋存地质构造复杂，并具有煤与瓦斯突出危险，煤层倾角在26°～60°之间变化。采用长壁炮采、落垛、柔性掩护支架、П钢放顶煤、综采分层等采煤方法。随着矿井向深部延深，十三水平（标高：-1 100 m）局部煤层赋存倾角变小，在18°～45°之间变化。经多方论证并借鉴国内外综放在大倾角厚煤层中应用的经验，在3237工作面成功实现了综采放顶煤采煤，为大倾角厚煤层工作面机械化开采开辟了一条新途径。

　　1 工作面概况

　　1.1 工作面地质情况

　　3237工作面位于13水平西翼二石门，为12号煤层，煤层厚度9.12～14.27 m，平均10.69 m，煤层倾角26°～43°，平均35°，煤层硬度系数f=0.7～1.0，工作面呈一单斜构造，赋存较稳定。工作面标高-1 002.1～- 1 055.9 m，相对瓦斯涌出量11.64 m3/t。基本顶为深灰色粉砂岩，厚5.62 m；直接顶为黑色腐泥质黏土岩，厚5.46 m，直接底为深灰色粉砂岩，厚2.24 m,顶板为Ⅱ级Ⅱ类，属来压明显、中等稳定顶板。

　　1.2 巷道布置及巷道规格

　　巷道布置及巷道规格见表1。

　　表1 巷道布置及巷道规格明细

　　1.3 工作面设备装配

　　工作面设备装配情况见表2。

　　表2 工作面设备装配情况表

　　1.4 基本支架主要技术参数

　　基本支架主要技术参数见表3。

　　表3 基本支架主要技术参数表

　　2 采煤方法及采煤工艺

　　2.1 采煤方法

　　综合机械化放顶煤单一走向后退式开采。

　　2.2 顶板管理方法

　　自然垮落式管理顶板。

　　2.3 采煤工艺

　　（1） 落煤方式：使用MG 375采煤机，配SGZ—730/320型刮板输送机，实现工作面的落煤、装煤和运煤。

　　（2） 进度:采煤机每割1刀进度为0.5 m 。

　　（3） 采高:控制在2.4 m左右。

　　（4） 进刀方式:在工作面两端自开切口，斜切进刀。

　　（5） 移架方式:割煤后，先移架，后移前溜，顶板不好时，要超前带压移架。

　　（6） 支架操作方式:邻架操作，即上架操作下架。

　　2.4 放顶煤工艺过程

　　(1) 采用两刀一放，待两刀煤割完后，再进行放顶煤作业。

　　(2) 自下而上拉后溜—采煤机下行割煤—移架—采煤机空刀上行—自下而上顶前溜—自下而上拉后溜—采煤机下行割煤—移架—采煤机空刀上行—自下而上顶前溜—放顶煤。

　　（3） 按液压支架编号，第1架、2架、61架、62架、63架、64架不放顶煤。

　　（4） 间隔放煤，分两个放煤点，每个放煤点自下向上隔一架放一架，两个放煤点前后各有一单数架和双数架同时放煤，两个放煤点间隔不少于10架。

　　（5） 选择3轮放完全部顶煤。

　　（6） 每架单轮放煤时间掌握在10 min左右。

　　3 几个关键技术问题

　　3.1 运输机及支架下滑与倾倒

　　由于工作面倾角较大,前输送机易下滑,前输送机下滑往往牵动支架及后部输送机的下滑，使输送机机头和转载机不能正常搭接。同样，工作面倾角大及煤顶抽冒，极易造成支架失稳、倾倒，给工作面带来安全隐患，生产组织难度增大。

　　3.2 采煤机上行割煤行走困难，上滚筒甩出的煤块易伤人

　　如采用双向割煤，由于倾角大，采煤机上行割煤时，相对下行割煤牵引力增大，牵引速度低，割一刀煤比下行割煤多耗时1/3，另外，上滚筒割顶煤甩出的煤块易伤人造成重大事故。

　　3.3 支架梁端冒顶

　　由于工作面倾角大，工作面顶煤松软破碎，极易发生支架梁端及上、下端头腮角煤顶抽冒，时有劈帮现象发生。加之人工处理冒顶也非常困难，因此顶板管理成为能否安全采煤的关键问题。

　　3.4 瓦斯和煤尘治理

　　由于工作面煤体瓦斯含量高，采煤时有大量瓦斯涌出，并且放顶煤煤尘较大，能否有效地对瓦斯、煤尘综合治理成为安全生产、发挥工作面生产能力的关键所在。

　　4 主要对策及措施

　　4.1 液压支架及输送机安设可靠的防倒和防滑机构

　　每组液压支架顶梁上设有防倒千斤顶，其底座前端及尾部设有防滑千斤顶，底座前端架脚间设有似月牙状导向块，保证推移千斤顶前端在架脚间的滑铁位置稳固，有利于输送机防滑。

　　后输送机上、下机头设有防滑锚固装置，每隔4节溜槽有与液压支架底座相连的防滑千斤顶机构，控制其下滑。当后部输送机下滑量较大时，同时打开14个防滑千斤顶,将后输送机往上拉。

　　4.2 改进采煤工艺

　　4.2.1 单向割煤

　　为防止输送机下滑及滚筒甩煤块伤人，解决上行割煤耗时过长的问题，采煤机采取下行单向割煤，上行空刀返回，上端头斜切进刀方式。其工序为：采煤机下行割煤—移架—采煤机空刀上行—自下而上顶前溜。采取这种割煤方式，保证输送机由下往上推移，克服了输送机的下滑分力，下行割煤时下滚筒割顶煤，避免了煤块的甩出。

　　4.2.2 及时移架

　　移架顺序自上向下进行，移架前先将伸缩梁伸出，打开拉架手把后再降支架前、后柱，使支架顶梁不与顶煤脱离，保持带压擦顶移架。然后慢慢收回伸缩梁，使支架前移，支架到位后，把拉架手把复位，将支架升起。如果需停止采煤机割煤移架，先将采煤机空刀上行，使采煤机放在下滚筒距被移支架3组的位置。这种移架方式保证了及时支护顶板，避免冒顶发生。

　　4.2.3 均匀放顶煤

　　采用由下向上多轮间隔放顶煤，放煤步距1.0 m，放煤时各支架放煤要均匀，掌握好所放煤量，保证顶板均匀下沉，防止因支架顶梁局部煤顶放空而造成支架前梁端冒顶及支架失稳倒架事故。

　　4.2.4 工作面伪斜开采

　　将工作面调成伪斜，即下端头超前上端头，始终保持支架垂直煤壁。拉架时由于伪斜而使支架上移，用以抵消下滑。顶溜时推移千斤顶的推力沿工作面向上分力与输送机下滑力相抵消，从而防止输送机下滑，操作时及时使用防输送机下滑千斤顶。通过实践，当工作面下端超前调成和正倾斜呈8°～9°的伪斜时，与其他措施相配合，就消除了支架、输送机滑移，较好地解决了大倾角煤层液压支架及输送机下滑的问题。

　　4.2.5 应用煤体固化技术

　　针对工作面顶煤松软破碎，极易发生支架梁端及上端头腮角煤顶抽冒，利用准备班时间，采用聚氨脂固化及水力膨胀锚杆技术预先对前方煤体进行处理，增加煤体的稳定、整体性，再配合移架前及时在支架前梁端打倾斜木托板的方法，较好地控制了工作面的冒顶，提高开机率，保证工作面正常生产。

　　4.2.6 瓦斯与煤尘综合治理

　　高位巷布置在工作面上赋岩层的裂隙带内，经论证布置在11号煤层中，使用瓦斯抽放泵抽放采空区及临近围岩层的瓦斯。

　　开采初期采面裂隙带尚未形成，开采前将管路铺设在本煤层瓦斯抽放巷及与回风道上帮贯通的联络巷内，随开采使用抽放系统随采随抽。

　　保证瓦斯监测监控系统正常可靠，严格落实瓦斯管理的各项制度规定。

　　开采前煤层注水，安设架间、上隅角及回风道降尘系统，采煤机使用好内、外喷雾，各设备转载点实现自动喷尘，相关巷道每班派专人洒水灭尘，做好个人对煤尘的防护工作。

　　5 结论

　　综放开采技术在大倾角煤层的实践成功，取得了显著的经济效益和社会效益。

　　（1） 工作面月产达到5.67万t，工作面最高日产2 730 t，由于改革采煤方法，每年可使企业新增利润4 097.6万元。

　　（2） 提升了矿井生产的科技含量，为复杂地质条件机械化开采工艺的推广开辟了新途径和新思路。

　　（3） 顶板、通风安全状况得到彻底改善，劳动效率、工作面单产得到提高，为矿井减人提效创造了有利的条件。

　　作者简介：王晓亮（1965-），男，开滦赵各庄矿业公司副总工程师，高级工程师。