大角度俯采智能化综采工作面回采工艺研究与应用

大角度俯采智能化综采工作面回采工艺研究与应用

董海宁

（淮北矿业（集团）有限责任公司 临涣煤矿，安徽 淮北 235000））

摘要：俯采工作面回采期间存在装煤效果差、运输机抵不动、设备下滑等技术难题，回采效率较低，通过改进设备防滑、支架防倒、采煤工艺、加强机电设备维护等，对回采过程中存在问题进行技术分析，多项措施综合应用提高了工作面的推进速度和煤炭资源回收率，同时减少了设备损耗，成功实现了综采工作面大坡度俯采的安全高效回采，为类似地质条件下的采煤工作面成功回采与掘进工作面设计提供了借鉴经验。

关键词：大坡度；俯采；防滑；机电设备管理

0 引  言

临涣煤矿1065工作面大角度俯采（俯角27°）期间平均圆班割煤不到两刀，月度推进仅40米，丢底煤严重造成资源回收率不足70%，工作面采取卧运输机老塘侧降低刹车度数的形式进行推进，费时、费力、低效且安全系数低。1067工作面为智能化工作面，与1065工作面相邻，俯采角度10°-35°，局部地段平均俯采角度在30°。为了发挥矿井生产能力，保证高产、高效矿井的稳定、健康、持续发展，综采队在现有综采设备充分利用的前提下，进行了大坡度俯采综采工艺和设备管理的研究。

1 工作面开采条件及设备布置

临涣煤矿1067综采工作面位于-450m水平西六采区，地面标高+24.99～+28.28m，工作面标高-618.6～-413.9m，工作面上部中煤组未回采，东部为1065回采工作面(已回采结束)，南部为六采区边界线，西部为1069掘进工作面，北部为六采区主体大巷。

1067工作面设计面宽230m，走向长度920m，以落差28m的NDF153倾向断层为界。且断层回采层位均为砂岩，硬度系数f＞8。机巷采用锚网支护，风巷主要采用U型棚支护，现场支护良好。工作面配套机电设备为：MG650/1550-WD型无链电牵引采煤机1台，ZZ10000/21/45D液压支架160架，ZQL2×5000/21/40超前支架9架（机巷4架风巷5架），SGZ800/2×700型刮板输送机1部，SZZ800/400型转载机1部，PLM3000/250型破碎机1台，DSJ100/100/2×200型胶带输送机2部。

切眼向外机巷共计204m，风巷共计133m为大坡度段，两巷大坡度段平均俯采角度30°，最大达35°。由于切眼附近煤层较厚，掘进切眼刷大后工作面切眼内普遍有1m厚的底煤，工作面俯角大且初采期间煤层不到底，给回采带来较大困难。

2 俯采工作面设备管理

2.1煤机

俯采角度大工作面，煤机受自身重力影响，煤机向煤壁倾斜，造成装煤效果差且易损坏导向滑靴和支撑滑靴[1]。主要采取以下措施：

（1）支撑滑靴为定制耐磨加强型且加厚6cm，提高支撑滑靴耐磨度并降低煤机机身俯角，提高了装煤效果；

（2）导向滑靴为定制耐磨加强型，割煤前用黄油将导向滑靴与齿轨摩擦部位涂抹均匀，另外加工油箱安装在煤机机身，利用滴管将废油（用过的460#油、110#油等）滴在导向滑靴和齿轨摩擦部位，通过增加导向滑靴与齿轨之间的润滑度以提高导向滑靴的使用寿命；

（3）支撑滑靴支撑板使用12.9级的高强度螺栓固定。

2.2运输机

（1）正常回采期间采高低于3米时，控制运输机俯角，确保运输机俯角控制在25°以内，大于25°时及时吊车确保俯角小于25°，度数过大煤机不能挑顶易造成支架栽头煤机无法通过；

（2）煤底段确保运输机俯角度数大于煤层顶板俯角度数，以便运输机可尽快跟煤层底板，煤底段抵不动运输机或者抵翻运输机时可采取卧支架推移杆、卧运输机老塘侧、压单体抵车等方式；

（3）运输机必须确保平直；

（4）岩底段必须确保运输机俯角度数小于支架推移杆俯角度数。

2.3 液压支架

俯采角度大，工作面支架受自身重力影响，容易发生支架“栽头”和架缝窜矸现象，严重影响安全生产[2]。主要采取以下措施：

（1）加强工作面工程质量和初撑力管理，保证支架初撑力不低于24Mpa，避免空顶或接顶不实的现象；

（2）割煤过程中，必须衬平顶板，确保支架顶梁俯角不大于7°（机头机尾支架必须确保支架仰角3°～5°）；

（3）支架静止状态时必须确保支架侧板打开后架间无间隙，拉移架要及时使用侧护板调架并确保支架侧板之间间隙不大于10mm，防止间隙过大采空区窜矸[3]；

（4）必须坚持“带压擦顶”移架。降柱幅度不超过 100 mm，防止破碎伪顶矸石滑落到工作面内造成事故；

（5）非特殊情况时，移架严禁使用抬底油缸，移架必须匀速慢移，避免支架下滑导致支架状态差或者顶板漏矸伤人；

（6）必须确保支架推移杆俯角不小于运输机俯角，必须确保支架推移杆俯角不小于支架底座俯角；

（7）支架底座严禁钻底，支架底座俯角严禁大于运输机俯角；

（8）支架采高控制不得小于2.6m；

（9）煤顶或煤底段支架严禁使用智能化跟机移架，严禁使用电液控成组移架抵车；

（10）推溜必须使用抬底油缸压推移杆抵。

2.4超前支架

俯采角度大，超前支架受自身重力影响，容易发生支架歪斜和下滑现象，严重影响安全生产。主要采取以下措施：

（1）必须确保超前支架初撑力不低于24Mpa，严禁空顶或者接顶不实；

（2）必须确保超前支架底座平整，支架顶梁两翼接实顶板；

（3）拉移超前支架前必须将其余超前支架重新升一遍，确保初撑力不低于24Mpa，一次只准拉移一架超前支架，超前支架降柱幅度不大于100mm，必须确保超前支架不歪斜；

（4）超高段必须利用木料接实顶板，底板利用两根地锚（φ22×2400mm锚杆，锚固力不小于80KN）预留超前支架。

（5）煤底段必须每架利用两根地锚预留（φ22×2400mm锚杆，锚固力不小于80KN），必须确保超前支架不钻底。

2.5转载机

（1）为提高煤炭资源回收率，自移机尾和悬空段每天卧底，确保卧底后巷道净高不大于3.8m；

（2）拉移转载机必须匀速慢移，防止转载机突然下滑伤人；

（3）转载机必须使用地锚预留，地锚位于悬空段和转载机机尾附近，每处地锚（φ22×2400mm锚杆，锚固力不小于80KN）不少于两根，固定使用40T链条（严禁使用螺栓作为连接）。

2.6皮带机

（1）俯角大于16°地段必须使用黑塑网防护，防止飞矸伤人，俯角大于16°地段向外角度变小地段（小于16°）至少100米仍然使用黑塑网防护，其余巷道正常俯角小于16°地段可不使用黑塑网防护；

（2）皮带变坡点前后10米必须使用黑塑网防护；

（3）黑塑网防护标准为黑塑网距巷道底板不大于200mm且高于上皮带不小于800mm，黑塑网使用拉线（φ3mm钢丝绳）固定牢固。

3 俯采工作面采煤工艺组织

3.1初采时：

（1）工作面切眼均为煤底，故通面第一峒采取大幅度刹车，割通后溜空运输机，把支架推移杆下货掏空（支架底座和溜槽下严禁掏货），并准备利用单体压运输机抵车；

（2）利用DWX-3.5或者DWX4.0型单体液压支柱，单体柱头支撑支架顶梁梁窝处，底根支设在齿轨或者运输机元宝座上，单体与运输机成锐角（底根偏向老塘，柱头偏向煤壁），柱头和柱根必须用防倒绳拴牢，每隔5-8架压一根单体（5架效果最好），单体升有劲后，注液枪用铁丝扎牢，一般5根单体为一组进行抵车；

（3）单体采取远距离供液，抵车时必须同时抵车且单体始终保持供液，抵车后刹车幅度合适即拆除单体，如不合适，暂不拆除单体，把运输机拉回来再重复一次压车抵运输机；

（4）运输机抵过后，暂不跟支架，看运输机刹车幅度大于25°和支架顶梁是否栽头，如果度数过大就利用单体压运输机多推拉几次；

（5）度数适宜且支架不栽头就跟支架，继续重复上述动作，直至工作面跟上煤层底板。

3.2正常回采期间：

（1）工作面切眼均为岩石底，采高小于3m，工作面俯角小于25°时，支架抬底油缸压推移杆抵车，一次抵不过宽就二次抵车确保抵够宽，抵不动可采取煤机扫货后再抵车；

（2）工作面切眼均为岩石底，采高小于3m，工作面俯角大于25°时，采取压单体抵车。需挑顶时，采取拽运输机的方式调整煤机方向挑顶，度数过大时应及时吊车衬平运输机便于挑顶；

（3）工作面切眼均为煤底，采高小于3m，工作面俯角小于25°时，采取压单体抵车；

（4）工作面切眼均为煤底，采高小于3m，工作面俯角大于25°时，采取压单体抵车，需挑顶时，采取拽运输机的方式调整煤机方向挑顶，度数过大时应及时吊车衬平运输机便于挑顶；

（5）工作面采高大于3m时，一般不需挑顶，可正常抵车或者压单体抵车

3.3上下隅角管理：

大倾角俯采工作面过大坡度时，受岩石重力影响，易发生上下隅角老塘窜矸伤人，为保证施工人员安全，采取以下措施。

（1）加强顶板管理，确保支架初撑力不低于24Mpa。

（2）上下隅角支架与巷帮间距大于1500mm时，切顶线使用DWX3.5型单体支柱配合2寸废旧钢管、钢笆及双抗网进行挡矸。先在切顶线支设一排支柱，支柱迎山角控制在15°左右，支柱间距不大于500mm，并拴齐双防倒绳。然后在相邻两支柱中间支设一排2吋钢管，钢管底端深入底板≮500mm深，顶端使用10#铁丝固定在顶板棚梁上，确保固定牢固。最后在钢管里侧挂好钢笆和阻燃双抗网，钢笆和阻燃双抗网必须全断面封堵，钢笆与钢笆之间以及钢笆与双抗网之间均用10#铁丝连接形成整体，钢笆与顶帮及双抗网与顶帮之间必须使用10#铁丝连好，连网间距≯200mm。回柱时挡矸设施不与回收，一般间隔两至三峒再设置一道挡矸设施，顶板垮落及时则峒峒设置挡矸设施。机头机尾移架时必须远距离操作，且上下隅角向外50米范围内不得有人作业。

（3）上下隅角支架与巷帮间距小于1500mm时，切顶线使用2寸废旧钢管、钢笆及双抗网进行挡矸。先在切顶线支设一排2吋钢管，钢管底端深入底板≮500mm深，顶端使用10#铁丝固定在顶板棚梁上，确保固定牢固。最后在钢管里侧挂好钢笆和阻燃双抗网，钢笆和阻燃双抗网必须全断面封堵，钢笆与钢笆之间以及钢笆与双抗网之间均用10#铁丝连接形成整体，钢笆与顶帮及双抗网与顶帮之间必须使用10#铁丝连好，连网间距≯200mm。紧贴钢笆外侧垛高度不小于1m三排袋墙，移机头（尾）支架时，挡矸设施不予回收，间隔两至三峒再设置一道挡矸设施，顶板垮落及时则峒峒设置挡矸设施。机头机尾移架时必须远距离操作，且上下隅角向外50米范围内不得有人作业。

3.4俯采工作面现场施工要求：

（1）刹车幅度不好控制，必须配备度尺，便于控制刹车幅度；

（2）采高小于3m时必须确保支架不栽头，能挑着顶，否则易造成煤机过不去；

（3）坚持正规循环作业，严格按照规程措施要求进行抵车、移架；

（4）工作面刹车经常需要吊车，备齐φ34mm链条、专用连接环等吊车工具；

（5）刹车必须确保严禁出现支架栽头造成煤机过不去。特殊情况该放顶放顶，放不掉该打挑顶眼打挑顶眼；

（6）刹车幅度再大只要能抵动车就行，只要刹车幅度大于顶板下切幅度且保持正常推进就可；

（7）必须确保推移杆角度大于运输机刹车角度；

4 结论

通过以上措施的实施完善了1067工作面的回采工艺，确保1067工作面大角度俯采期间圆班不低于四刀，月均推进不低于80m，提高了工作面资源回收率（97.5%），实现工作面的安全高效回采，产生了巨大的经济效益，为类似工作面提供了参考。

参考文献：

[1]刘福贵，吴连君，张 文，等.大坡度俯采综放面采煤技术及设备管理研究与实践煤矿现代化 2015 年第 3 期117-120

[2]陈勇  张建  孙国. 大倾角破碎顶板综采工作面俯采、调采支护技术[J]. 煤矿支护, 2015

[3]田取珍, 刘吉昌. 仰采,俯采老顶岩层断裂特征及对直接顶稳定性的影响[J]. 煤炭学报, 1994, 19(2):11.

作者简介：董海宁（1988.09-），男，汉族，安徽濉溪人，工程师，现在淮北矿业集团临涣煤矿综采一区从事采煤管理工作，