大倾角综合机械化采煤生产工艺研究

大倾角综合机械化采煤生产工艺研究

王晓杰

内蒙古鄂尔多斯

摘要:煤炭在我国能源消费结构中占有非常大的比例，随着煤炭开采年限的增加，煤炭资源逐渐减少，大倾角煤层在我国煤炭储量中占有的比例日益增多，如何利用综合机械化生产工艺安全高效地开采大倾角煤层已经成为很多煤炭企业研究的重点。工业生产和日常生活对煤炭的需求量不断增多，各个煤矿企业逐渐加大了开采力度，以保障煤炭供应需求。大倾角煤层对采煤工艺有着较高的要求，影响着煤矿的生产效率和安全保障能力。对大倾角综合机械化采煤生产工艺进行了分析。

关键词:大倾角煤层;综合机械化;采煤工艺

1、工程案例分析

某矿区地层均衡平稳，据相关勘查结果显示，该矿区地层内存在100多条小断层，且此类小断层倾角多在12°范围内，但同时存在10多条大断层。结合地层断层具体情况，在大的断层区域内，将大大增加开采困难及危险。若已经选用传统方法开采，不仅会造成矿区地址结构松动，而且大幅增加开采工作量，给开采工作带来极大不安全因素。基于安全性考虑，认为大倾角综合机械化采煤生产工艺是解决上述难题的关键技术。由于本矿区地层煤炭开采环境复杂，因此需要拥有性能完善的开采设备，以满足各种条件下设备的正常运转。在综采机械化采煤中，采煤作业主要通过机械设备完成，而设备的整体性能直接影响着安全管理和生产效率，需要结合大倾角采面的实际情况，合理选择设备，做好前期准备工作，为机械设备生产提供良好的条件。

1)通过建立不同约束条件下顶板初次来压、周期来压的双向板的力学模型，对顶板结构的变化情况进行详细分析，收集影响大倾角煤层开采工作面支架、底板等参数，获得煤层开采时围岩活动与矿山压力显现规律。

2)综合机械化采煤能够对整个支护系统和生产系统的稳定性进行有效的控制，对生产工作面进行合理布置，重点关注工作面支架的稳定性，通过工作面设备的创新设计提高采煤设备的性能，促进大倾角煤层机械化开采技术的发展。

3)选择综合机械化方法，不断优化采煤生产工艺，按照煤层采掘的流程来开采大倾角煤层，操作人员可以选择上行装煤与下行割煤的措施来避免采煤装置的滑移现象，在移动液压支架时要缓慢进行，避免矸石掉落引发伤人事故。

2、大倾角综合机械化采煤特点和现状

顶煤崩落的本质是利用煤层（或块体）常规方法产生的煤层压力，将煤层上方的煤层分解为分离式建筑。大倾角厚煤层储量丰富，分布广。然而，这种煤层的崩落开采的发展远不如我国小倾角厚煤层的开采；许多基本技术问题有待解决。对复杂地质条件下大倾角厚煤层放顶煤工作面的认识仍处于基础水平，包括采煤过程中超临界地层的行为，围岩稳定性和设备控制，生产管理和安全和顶层支撑设计。此外，对大倾角煤层放顶煤开采过程中顶煤迁移和释放的认识不足。在煤炭生产单位中，一般会根据倾角的差异和大小将煤层分为急倾斜煤层、缓倾斜煤层和倾斜煤层。大倾角煤层一般是指超过30°倾角的煤层，以煤层倾角超过冒落矸石以及煤的自然安息角所出现的滑动、失稳等现象为主，在开采该煤层时需要沿着顶板断裂的岩石向下移动，工作面的状态为倾斜布置。当移动工作面时，煤层会出现变形情况，受重力的影响，设备和支架会持续下滑，严重破坏系统的稳定性。大倾角煤层存在设备不稳定和安全性难以保证等情况，具有较大的开采难度。虽然我国很早已经开始研究大倾角综合机械化采煤工艺，但是受历史条件的制约，大倾角煤层相比小倾角煤层，具有较短的开采长度和推进长度，一些综合机械化设备在复杂的大倾角煤层中并不适用，而且对采煤生产工艺有着较高的要求。近年来，采煤设备机械化程度大幅提升，但是很多技术难点尚未攻克，需要井下技术人员不断改善作业环境，重视采煤技术创新及自主开发，充分利用长壁采煤法、放顶煤采煤法等技术提升机械化水平和生产效率，提升矿井总体生产力，实现矿井高产量、高效率。

3、大倾角综合机械化采煤生产工艺

3.1工作面设备选型

1)选择液压支架。液压支架在整个长壁开采设备投资中占70%以上的投资预算，能够保障工作面安全生产。液压支架的定板和底板需要适应井下采煤环境，避免支架下滑、倒架以及挤压变形等情况的出现，使液压支架偏移重心，无法有效控制顶板和围岩，影响大倾角综合机械化采煤工作质量，威胁操作人员人身安全。因此在选择设计大倾角液压支架时，需要对支架稳定性和防滑性进行充分考虑，按照现场作业情况合理选择液压支架。

2)选择采煤机。根据工作面特点，选择具有较大爬坡能力和制动能力的采煤机，设备的牵引力能够满足50°坡度的爬坡要求，而且需要具有良好的装煤效果，能够实现远程自动化控制和故障诊断维修。

3)选择输送机。在大倾角采面所有输送机为全封闭底板结构，工作面底板与溜槽的接触面积大幅增加，使输送机整体抗下滑能力得到增强，而且需要将天窗预留在溜槽上方，将锚固装置设置在上部机尾段，避免输送机出现下滑。每隔6—8架在支架底座上面设置1组调输送机的千斤顶，使输送机下滑现象得到有效调整和控制。

3.1综采工作面设计

在我国老矿井中，广泛分布着大倾角煤层，其中大倾角复合型顶板是指倾角在25°～55°的煤层工作面破碎型顶板。复合型顶板具有较大的平整度波动和破碎断层，这就使顶板控制的难度大幅增加。所以，需要煤炭企业合理设计综采工作面，实现开采工作的高效安全。在设计综采工作面时，需要对“查、避、改、控、斜”的准则进行严格遵守。

3.2采煤生产工艺

在大倾角煤层开采时，采取长臂后退式回采工艺，顶板管理为全部垮落法，采煤机上下进行割煤，一次采全高循环进度0.6m，采煤机端头斜切进刀，双向割煤，往返两刀，按顺序完成割煤、移架和推溜工作，步距0．6m。由于工作面为大倾角，为了防止采煤机、运输机和液压支架下滑，需要对采面刮板机头进行适当调整，使采面与两巷形成一定的夹角。在采煤工作面，端头区作为采煤、运输和通风的关键区域，布置着密集的设备，为了确保安全生产，上下两巷和工作面切眼间的位置需要根据倾斜角度进行合理选择，并按照综采设备的重量以及坡度情况适当调整工作面夹角，端头支架需要合理选择，以提高大倾角端头区域工作的安全性。

3.3加强“一通三防”管理

采煤工作人员需要将喷雾装置安装在液压支架上，在采煤机生产过程中进行喷雾降尘。将两组固定净化水幕按照在回风巷超前煤壁50m范围内，将一组可移动的净化水幕安装在上出口5m范围内，风巷净化水幕喷雾装置需要在开机割煤和移架过程中使用，起到降尘效果。将抽放管沿煤层倾向安装在采煤工作面进行瓦斯抽放，将尾巷瓦斯抽放干净。

4、结语

随着科学技术的不断进步，综合机械化采煤生产工艺逐渐应用于各种条件下的大倾角煤层开采工作中，使得煤矿开采工作取得了良好的效果。煤炭企业要不断提高机械化生产水平，突破技术难点，做好防护措施，从而实现经济效益和社会效益“双提升”。

参考文献:

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作者简介：王晓杰 男，身份证号码；371329199002043931。