大倾角厚煤层坚硬顶板综采技术研究与应用

[摘 要]根据兴安矿大倾角煤层坚硬顶板综采技术、设备的现场使用效果及在实际生产过程中遇到的问题和解决方法进行分析与论述。

[关键词]综采技术；大倾角；坚硬顶板

中图分类号：TB107 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0258-01

大倾角煤层是指倾角在25―45度的煤层，其顶板冒落的安息角一般为35度，采取走向长壁开采的工作面顶板冒落时，冒落下的大块岩石会向下滑动，由于倾角和伪斜角度较大，顶板冒落的大块岩石向下滑动时，对底板也会产生破坏性滑移，从而引发了工作面支架失稳，极易发生生产和安全事故。因此，解决大倾角坚硬顶板煤层开采的问题仍是现在煤矿开采上的一道难题。

从80年代起，我国开始自行研制大倾角煤层综采，并在沈阳矿务局红菱矿、新疆艾维尔沟煤矿、开滦矿力局唐山矿、进行了工业性试验，取得了较好的效果。国外大倾角煤层开采技术主要集中在前苏联、德国、法国、英国、波兰等国家。

大倾角煤层综采设备与技术研究在我国仍处于试验研究阶段，国外设备与技术不适应我国煤屋的赋存条件使用效果较差，对于大倾角煤层仍不得不使用各种类型的炮采工艺和高档采煤工艺，从而造成了大倾角煤层开采的产效低，劳动强度大，作业条件恶劣，安全性差等因素，严重制约了开采这类大倾角煤层的综合技术发展和经济效益的提高。

一、采区概况及开采方法：

1、采区概况

采区位于兴安矿二水平北21层一区二段，回风道标高（-59.3～-117.0）机道标高（-109.2～189.01），切眼长102米，伪斜21度，退采为负坡，平均10度。煤厚度为3.0 ～4.17米，平均厚度3.58米，倾角35度（最大46度），煤层层理及节理均不发育，煤层硬度为4F，直接顶为5米的灰白色细砂岩，老顶为20米的中砂岩，底板为8米的灰色细砂岩。

2、采煤方法

采取走向长壁后退式综合机械化采煤工艺，工作面与上下端头支护采用ZY4000/17/37型掩护式液压支架支护，两巷超前支护回风道按四、二排管理，机道按三排管理，顶板管理方法为全部垮落法。

二、综采技术设备应用及使用效果

工作面切眼长100米，倾角35度，部置工作面时，第一组支架距机道上帮1.5米，共部置ZY4000/17/37掩护式液压支架66组。由于工作面切眼伪斜较大，如图1；回采为负坡，工作面采用垂直两道开采。随着工作面向前推进工作面随着向下延面，为防止工作面溜子下滑，每8组液压支架设一个运输机防滑斜拉千斤顶；共设防滑千斤顶8个。采煤机下行割煤也是考虑到防止采煤机上行割煤时，滚简的阻力做用到采煤机上给溜子一个向下推的力，导致溜子下滑。采煤机在割上三角煤时，这种力显现的较为明显。所以在溜子头、尾处各加设两根戗顶子。采取这样的措施更加有效的防止了工作面溜子下滑。工作面推移溜子顺序由下往上也是考虑到防止溜子下滑的因素。

工作面支架与溜子的角度也是控制溜子和支架下移的一个主要手段。支架垂直煤壁与两道平行推进时，支架和溜子基本不会下移。支架与煤壁的角度大于90度时，拉移支架，支架会向工作面上部微量移动。反之支架会向工作面下部微量移动。掌握好支架与煤壁及两道的角度也是控制工作面溜子和支架上下移动的一种方法。

别外，通过调整工作面与上下两道的角度也是控制工作面支架和溜子上下移动的一种简单易行的方法，如工作面支架需要向上调整时，以工作面与机道夹角为准，可将工作面调整为仰角3至5度开采，即工作面与机道的夹角为93度至95度，如果将工作面向下调整，可将工作面与机道的夹角调整为伪角3至5度，即工作面与机道的夹角为87度至85度。

按以上的技术操作，工作面在实际生产过程中，不但很好的控制住了溜子和液压支架下滑，还能随着工作面生产的需要而向上向下调整支架至理想位置。

三、实际生产过程中遇到的问题与解决的措施

由于工作面倾斜角度和伪斜角度较大，随着工作面的生产，相应的问题也伴随而来，主要表现在以下3个方面。

1、顶板问题

工作面直接顶为5米的灰白色细砂岩，老顶为20米的中砂岩，在实际生产过程中，直接顶显现较为坚硬，工作面从切眼推出40米，软帮顶板开始局部夸落，冒落不充分。工作面推出80米，顶板初次来压，来压显现也较为强烈。正常生产过程中工作面软帮悬顶夸落步距也较大，在15米左右，由于大倾角开采软帮顶板夸落时，大块岩石会向工作面下部滑动，又由于工作面伪斜较大，大块岩石向下滑动时会滑向硬帮侧，对工作面的支架也会产生破坏性滑移，从而造成工作面支架失稳，极易发生生产和安全事故。

解决措施：

清净底板的浮煤，给足支架的初撑力，使用好侧护板，使架与架间排列整齐没有空隙。采煤机割煤时割平顶板，让支架与顶板成面接触，杜绝支架与顶板成点接触，使支架与顶、底板接触牢固可靠。在回风道对煤层顶板进行深孔预裂爆破；人为的制造顶板裂隙，在工作面超前压力的做用下使顶板裂隙进一步得到发育，从而减小工作面上部顶板悬臂梁的长度，减小上部顶板夸落步距。

2、采煤机部件损坏问题

由于工作面倾角和伪斜角度较大，软帮有大块岩石夸落时会向下滑向硬帮，受夸落岩石的滑移影响，支架会推动溜子向硬帮移近，当采煤机正好处在此段割煤作业时，采煤机无法卸载由于大块岩石夸落滑移产生的向硬帮推移的力时，采煤机的滑靴会发生折断，导致采煤机无法行走，而发生机械事故。又由于工作面倾角大于采煤机的最大牵引角度，致使采煤机的制动器磨损较快，更换频繁，增加了材料费的投入。

解决措施：

加强周期来压的观察，准确的预报周期来压的步距和时间，选择好采煤机的插帮位置，尽量避免在软帮悬顶较大处插帮。在今后的开采设备选型中，尽量选择采煤机的最大牵引坡度大于煤层的最大倾斜角度的采煤机，做到合理选型。

3、工作面内飞块的问题

由于工作面倾角大，受周期压的影响，采煤机割煤或煤壁片帮时产生的大块易形成飞块，给工作面作业人员的安全带来很大的威胁。

解决措施：

工作面割煤时，所有作业人员躲避在支架大立柱内，在工作面架设防飞块装置，用棱形金属网上挂支架顶梁，下固定在溜子电缆槽上。工作面第50组支架往下每组支架挂一片。在机道下出口正对工作面溜子处挂两米棱形网固定在单体上，防止工作面片帮形成飞块伤及机道通过人员

四、开采前应做的准备工作

一个综采工作面在部署时，应尽量避免工作面的仰斜或伪斜的角度过大，减小由于顶板夸落的大块岩石对工作面产生的破坏性滑移，由于综采工作面的采高较大，正常开采时工作面内挑顶困难，应在工作面采出切眼后，对工作面软帮侧及工作面的顶板首先进行破坏，工作面的顶板可在回风道采取深卸裂爆破，软帮侧可采取工作面内架间打眼挑顶；以减小直接顶的初次夸落和工作面的初次来压的步距。

五、结语

通过以上各项综采安全技术措施的调整，工作面消除了不安全因素，加快了工作面的推进度，使工作面生产能够步入良性循环，同时提高了大倾角工作面的单产量，降低了吨煤成本，提高了经济效益，并且大大消除了生产中的不安全隐患，为大倾角工作面安全生产，探索出一条良好的发展之路。

作者简介

贺勇，男，1976年5月出生，学历大专，毕业于鹤岗矿务局职工大学，现任龙煤鹤岗矿业公司兴安煤矿二开拓区助理工程师。