侯鐵軍 趙云峰 趙耀江 謝生榮 李通達

（1.新疆百花村股份有限公司，新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市，830002；2.新疆大黃山豫新煤業(yè)有限責任公司，新疆維吾爾自治區(qū)阜康市，831509；3.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024；4.中國礦業(yè)大學(xué) （北京）資源與安全工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083）

我國煤炭資源儲量豐富，但其分布類型和開采條件差異巨大，在新疆和甘肅等西部省份的煤炭資源儲備中，傾斜厚煤層儲量達到30%以上。近年來，隨著我國中東部地區(qū)煤層傾角小于30°的易采資源大幅度減少，西部地區(qū)傾斜厚煤層資源逐步已成為國家能源開發(fā)的重點。然而傾斜厚煤層因其特殊的煤層賦存條件、煤巖體力學(xué)性質(zhì)以及礦山壓力顯現(xiàn)等因素，工作面易出現(xiàn)單產(chǎn)低、掘進量大、效益及安全性能差、支架易傾倒以及咬架等問題，極大地限制了急傾斜厚煤層的開發(fā)利用，合理的設(shè)備選型及采煤工藝已成為傾斜厚煤層大規(guī)模開發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)之一。

為了解決大黃山礦+735西翼綜放工作面傾斜厚煤層的設(shè)備選型配套及采煤工藝問題，結(jié)合實際地質(zhì)生產(chǎn)條件，對大傾角特厚煤層綜放開采的采煤工藝與設(shè)備選型配套技術(shù)進行了探討研究，以期實現(xiàn)傾斜厚煤層的高產(chǎn)高效開采。

1 地質(zhì)概況

新疆大黃山煤礦位于烏魯木齊以東120km處，井田面積為5.49 km2，海拔標高一般在+1000～+1100m 之間，可采煤層有5 層，自上而下分別為五尺槽、四尺槽、米尺槽、中大槽和八尺槽，其中，中大槽為28m 特厚煤層，為主要回采煤層。中大槽煤層結(jié)構(gòu)簡單，基本不含夾矸，屬于侏羅系下統(tǒng)八道灣組，煤層平均厚度為23.5m，煤層傾角為30°～41°，煤層具有煤塵爆炸性，為易自燃煤層，煤層可采指數(shù)為0.98。頂板完整性較好，局部有0.2～0.5m 厚的炭質(zhì)泥巖偽頂，直接頂為8.0m 厚的細砂巖，屬較堅硬巖石，老頂為砂礫巖，不易冒落，平均厚度為37 m。直接底板為泥質(zhì)粉砂巖，屬半堅硬巖石，老底為細砂巖，屬堅硬巖石。中大槽煤層屬于高油煤，焦油產(chǎn)率達到13.6%，工業(yè)用途廣泛，既可煉焦又可煉油。

+735 西翼綜放工作面位于副井以西290 m處，采用走向長壁斜切分層放頂煤采煤法，走向長度為1240 m，傾向長度為96 m，采高為2.7 m，工作面坡度為22°～32°，由東向西逐步加大，+735工作面進風(fēng)巷 （運輸）位于煤層頂板巷水平標高+735m，回風(fēng)巷位于煤層底板水平標高+770 m。此種偽傾斜回采工作面布置方法適應(yīng)中大槽煤層厚度和傾角的變化，不僅可以增加工作面傾向長度，提高采出率和經(jīng)濟效益，同時工作環(huán)境也比較安全。+7 3 5工作面巷道布置剖面圖如圖1所示。

圖1 +735工作面巷道布置剖面圖

2 大傾角特厚煤層開采技術(shù)的特點

大傾角厚煤層機械化開采一直是礦山開采的難題之一，其開采受到埋深、傾角、采高、煤厚、煤體強度以及頂板力學(xué)性質(zhì)等眾多因素的影響，但總體來說，煤層大傾角是該類煤層回采困難的最主要影響因素。+735工作面煤層傾角達到了41°，特殊的煤層賦存條件使得采場開采工藝、支架選型、采場維護都呈現(xiàn)出以下新的特點：

（1）傾斜煤層多是強烈構(gòu)造運動的結(jié)果，中大槽煤層中賦存有較多的中小斷層和褶曲等地質(zhì)構(gòu)造，且煤層厚度自東向西有較大的變化，該類煤層開采較困難，工作面單產(chǎn)低，生產(chǎn)能力較小。

（2）中大槽煤層傾角達41°，接近于煤的自然安息角45°，工作面在回采過程中，割落的煤塊及矸石極易滑落，滑落過程中的煤和矸石容易損壞工作面設(shè)備和砸傷人員，工作面安全性欠佳。

（3）隨著工作面傾角的增大，工作面支架所受的切向分力增大，垂直分力減小。中大槽煤層大傾角易導(dǎo)致支護系統(tǒng)的有效載荷變小以及支護系統(tǒng)失穩(wěn)外載荷增大，支架容易出現(xiàn)下滑、傾倒及架間擠、咬現(xiàn)象。

綜上所述，大傾角是該類煤層開采困難的主要影響因素。總結(jié)國內(nèi)大傾角煤層現(xiàn)場工程實踐可知，在客觀地質(zhì)條件既定的情況下，進行合理的設(shè)備配套選型和采煤方法以及相應(yīng)工藝的選取可最大限度地降低煤層傾角帶來的不利影響，實現(xiàn)傾斜厚煤層的高產(chǎn)高效開采。

3 大傾角特厚煤層綜合機械化開采技術(shù)

3.1 大傾角特厚煤層綜放配套設(shè)備選型

+735工作面傾向長度為96 m，平均采高為2.7m，采煤機截深為0.6 m，采煤采出率為80%，產(chǎn)量為70萬t／a。研究了國內(nèi)大傾角厚煤層綜放設(shè)備配套技術(shù)及高產(chǎn)高效開采方法，同時對“三機”廠家設(shè)備的可靠性進行了現(xiàn)場調(diào)研，依據(jù)大黃山礦具體地質(zhì)生產(chǎn)條件，確定了液壓支架的額定工作阻力為5200kN，支撐高度為1.7～3.2m，對采煤機和輸送機進行了配套選型，最終確定了適合大黃山礦的大傾角特厚煤層開采的 “三機”設(shè)備。

3.1.1 液壓支架選型

（1）綜放面中部選用ZFS5200／17／32 低位放頂煤液壓支架，主要技術(shù)參數(shù)為：高度1700～3200mm，中心距1500mm，初撐力2182kN，工作阻力5200kN，支護強度0.9～0.91 MPa，適應(yīng)煤層傾角≤45°，泵站壓力31.5 MPa，操作方式為本架控制。

（2）過渡支架選用ZFSG5600／17／32放頂煤過渡支架。主要技術(shù)參數(shù)為高度：1700～3200 mm，中心距1500 mm，初撐力3956 kN，工作阻力5600kN，支護強度0.97～0.98 MPa，適應(yīng)煤層傾角≤45°，泵站壓力31.5 MPa，操作方式為本架控制。

3.1.2 采煤機選型

采煤機選用MG200／500-QWD 型電牽引采煤機，主要技術(shù)參數(shù)為：截深630mm，截割高度1.8～3.5 m，滾筒直徑1800 mm，牽引力412～689kN，牽引速度6m／min，適用傾角≤45°。

3.1.3 刮板輸送機選型

（1）前部選用SGZ-730／200型刮板輸送機，主要技術(shù)參數(shù)為：輸送量450t／h，刮板鏈速1.12 m／s，中部槽尺寸1500 mm×680 mm×150mm，緊鏈方式為閘盤緊鏈，電機功率200kW。

（2）后部放頂煤選用整鑄結(jié)構(gòu)槽寬較大的SGB-730／200 型刮板輸送機，主要技術(shù)參數(shù)為：輸送量800t／h，刮板鏈速1.1 m／s，中部槽尺寸1500mm×680mm×300mm，緊鏈方式為閘盤緊鏈，電機功率2×200kW。

一般來講，工作面的生產(chǎn)能力取決于采煤機落煤能力，而工作面輸送機、液壓支架和其他設(shè)備的生產(chǎn)能力都要大于采煤機的生產(chǎn)能力，初步選型采煤機割煤能力為375.8t／h，工作面刮板運輸機的運輸能力為500t／h，轉(zhuǎn)載機運輸能力為630t／h，可伸縮帶式輸送機輸送能力為400t／h。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，沿運煤方向生產(chǎn)能力基本上呈 “喇叭口”形式擴展，雖然帶式輸送機的輸送能力稍小于刮板輸送機的運輸能力，但其輸送能力大于采煤機的割煤能力。轉(zhuǎn)載機是制約綜采放頂煤工作面安全高效生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，所以轉(zhuǎn)載機的輸送能力一定要足夠大。對于雙輸送機的綜放工作面，轉(zhuǎn)載機的輸送轉(zhuǎn)載能力應(yīng)是工作面輸送機能力的1.2倍。根據(jù)調(diào)研+735綜放工作面的實際生產(chǎn)情況，可以滿足配套要求。

3.2 +735工作面支架防倒防滑安全技術(shù)措施

液壓支架穩(wěn)定是大傾角厚煤層工作面安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是其他設(shè)備穩(wěn)定工作的前提，而支架穩(wěn)定的關(guān)鍵在于下端頭支架安全可靠。+735工作面從控制支架高度、立柱伸縮量以及增設(shè)防倒千斤頂?shù)确矫孢M行防滑作業(yè)，具體措施如下：

（1）控制采高。工作面采高嚴格控制在2.5～2.7m范圍內(nèi)，工作面支架活柱至少留200mm余量，提高支架自身穩(wěn)定性。

（2）執(zhí)行 “少降快移”、 “帶壓移架”的原則。移架時，側(cè)護板一直保持打開狀態(tài)，立柱降移量小于100mm，前梁超前支撐煤壁并充分接觸頂板。

（3）中間架每隔5架用防倒千斤頂連為一體，移架時，以下方支架為支撐，由下向上向前移架。支架間距超過規(guī)定時，先調(diào)底座間距，然后調(diào)傾斜度，保持支架平穩(wěn)，杜絕前傾后仰，調(diào)整以后再拉支架，防止個別支架下傾造成中部倒架。

（4）下端頭支架在移架之前要隨時起架，支架底座與工作面底板要保持一致。將工作面下端頭1＃架與3＃架用防倒千斤頂連為一體，防止其傾倒或下滑。

（5）液壓支架頂梁、底座必須平行于頂?shù)装?，嚴禁懸空，同時及時將產(chǎn)生在架前和架間的碎煤和碎矸清理干凈，使支架受力均勻，達到平衡。對于有傾倒趨勢的支架必須當班進行調(diào)整。

3.3 大傾角特厚煤層綜放工作面采煤方法及工藝

3.3.1 回采方法

+735綜放面采用走向長壁斜切分層綜放采煤法，其簡化了工作面的裝煤和運煤工序，改善了勞動條件，在煤層傾角和厚度比較穩(wěn)定的情況下，用此方法比水平分層采煤法更有利，采用自然跨落法與強制放頂相結(jié)合的方法管理頂板，采用注氮和黃泥注漿處理采空區(qū)。

3.3.2 回采工藝

采煤工作面沿煤層偽傾斜布置，平均采高為2.7m，采煤機中部斜切進刀，單向割煤，截深為0.6m，往返割一刀。采取割兩刀放一次頂煤的循環(huán)作業(yè)方式，放頂煤步距為1.2m。工作面循環(huán)進度為1.2m，每日3個循環(huán)，日進度為3.6m，月進度為84m，年進度為1008m。工作面采用 “三八”制作業(yè)組織方式，其中兩班生產(chǎn)，一班檢修。

3.3.3 回采流程

回采工藝流程為：割煤→推前溜→移架→拉后溜→割煤→推前溜→移架→放頂煤→拉后溜。

3.3.4 回采步驟

（1）落煤。采用采煤機單向割煤，截深0.6m，往返割一刀，返空刀清理底煤。

（2）裝煤。利用采煤機滾筒旋轉(zhuǎn)破煤、落煤和裝底煤，人工收縮液壓支架尾梁插板和升降尾梁破、落、放頂裝煤。

（3）運煤。前溜將工作面采煤機切割下的煤運至工作面運輸巷道的轉(zhuǎn)載機和可伸縮帶式輸送機上，后溜將液壓支架后部放落的頂煤運至工作面運輸巷道的轉(zhuǎn)載機和可伸縮帶式輸送機上并運出。

（4）移架及推溜。采用單架依次順序及時支護方式，移架滯后采煤機追機作業(yè)，并及時伸出前梁，為保證支架移成一條直線，應(yīng)拉線移架。前刮板輸送機正常情況下隨移架逐段移向煤壁，滯后采煤機15～25m 處，依次順序自下而上進行，推溜步距為0.6m，刮板輸送機彎曲段長度不得小于15 m，推溜后，刮板輸送機必須保證平直。移架后將后溜及時回拉，保證架后放煤。

（5）放頂煤。工作面采用割煤與放頂煤不平行的作業(yè)工藝多輪間隔順序等量放煤，放煤順序按1＃、3＃、5?！琶嚎陧樞蚍琶?，一次放煤量為1／4～1／3，然后按2＃、4＃、6?！琶嚎陧樞蚍琶?，這樣反復(fù)進行3～4輪將煤放完，盡量使頂煤保持均勻下降，以減少混矸，提高回采率。

3.4 工程效果分析

對+735綜放工作面現(xiàn)場端面頂板維護情況、支架穩(wěn)定性及工況以及工作面開機率等進行跟班調(diào)查，現(xiàn)場礦壓觀測表明，+735綜放工作面端面煤體片幫少，未發(fā)生較大的冒頂事故，且回采過程中支架工作狀態(tài)良好，下端頭支架未發(fā)生傾倒或下滑現(xiàn)象，采煤機的開機率在45%以上，工作面可保證安全穩(wěn)定生產(chǎn)。

4 結(jié)語

大黃山煤礦+735綜放工作面配套設(shè)備選型適應(yīng)工作面地質(zhì)生產(chǎn)條件要求，并成功解決了大傾角特厚煤層綜放 “三機”配套的問題，采用走向長壁斜切分層綜放采煤法及相關(guān)配套的采煤工藝及頂板管理辦法滿足開采技術(shù)要求，為大傾角特厚煤層綜放開采技術(shù)提供一定借鑒。

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