硬顶软煤软底大倾角综放采煤技术探究

时间：2024-05-17

武月江

（山西焦煤西山煤电西曲矿，山西古交 030200）

本文通过不同的顶板以及开采条件下对现场的矿压观测，对大硬顶软底软煤大倾角综放开采过程工作面的矿山压力所表现出的一般特征，选择对工作面"支架一围岩"系统的稳定性以及回采工艺产生影响的基本参数，评估工作面的主要装备适应性。本文认为：硬顶软煤软底大倾角工作面具有初次来压以及周期性的矿压显现，并且来压具有先下部、然后上部、最后中部的特征。矿压沿倾斜方向分区特征比较明显。支架受载表现出了非常突出的不均衡性。上覆岩层的活动分区特征比较明显。“支架一围岩”系统稳定性在不同区域的表现也不相同。基于此，本文认为硬顶软煤软底大倾角综放采煤可以采用以下技术：

一、工作面采用三机配套的技术

在煤层开采实践中，可以考虑对坚硬顶板的处理、控制工作面的支护系统稳定性、放顶煤回采的过程及工艺设计等关键技术进行系统、深入的研究，研制切顶效果比较好、对底板的比压较小，能够抬底防陷以及顶梁伸缩护帮支撑掩护式的支架，对坚硬顶板的防冲，对软底板的防陷、松散煤层的防片问题能够提供有效解决。

1在采煤作业中利用"液压支架参数优化设计软件系统"对支架的结构进行参数的优化设计，对主要支架结构和连接件进行综合强度校核以及可靠性的优化设计。

2选用支架时，应该确保所选用的支架工作阻力能够达到 4 400kN。支架主要的受力部分用高强板，使支架的整体刚度得以大幅度提高；控制支架重量，同比支架的总重量降低20%左右，使支架在工作面来压的时候既可以最大限度地限制顶板的下沉，又可以有效防止煤壁的片帮，避免开采架失稳。

3在支架之间进行防倒防滑装置的设置，设支架底调缸，能够起到"抬底"防陷及顶梁伸缩互帮的作用，并且在支架发生钻底时能够进行有效调整；在上下端头应用过渡支架，特别在下端头，排头架间的联接能够控制支架下滑。这样的工作面支架工作性能良好，稳定可靠，能够适应硬顶软底软煤大倾角的复杂条件。

4选用适应性强、适合大倾角煤层作业的液压摆线轮销轨无链牵引采煤机。这种采煤机组合方式牵截合一，机身比较短，牵引力非常强，具有制动灵敏、下切量大、操作方便的特点，能够适应及调整工作面的采高。而且这种采煤机的变频控制技术能够有效解决通常采煤机的上坡启动下滑问题。

5为了适应软底大倾角工作面，采用框架式封底结构的运输机，是大底座的面接触方式，减少了约80%的煤层比压，有效避免运输机的钻底现象。为了防止运输机推溜时发生钻底，采用反向的铲煤板。在后部的刮板输送机采用强度比较高的耐磨中板和优质合金钢的铲板槽帮组焊而成的中部槽整体结构。对推溜千斤顶和运输机的连接十字头进行改进，除了前后运输机斜拉千斤顶外，加设防滑块在中部槽的底部，并且在支架的尾部设计了燕尾形的防滑装置，同后部的运输机相联结。

6对主要设备的研制完成后，合理设计并优化“三机”主要配套参数，使其配合紧凑、适应性能良好、避免互相干涉，紧密衔接硬顶软煤软底大倾角综放采煤各工艺流程，保证工作面能够顺利进行。

二、优化巷道布置及回采工艺

控制工作面的分区域顶煤的放出工艺和参数，对大倾角煤层工作面产量和开采支架的稳定性之间的矛盾加以解决。

根据工作面情况应当适当加大机采的高度，减小放顶煤的高度，使工作面的采出率得以提升。放煤和割煤平行作业，使完成一个采煤、放煤循环的割煤的时间同放煤时间尽可能地接近，甚至相等。割煤同放煤要协调进行，尽量避免一次采放循环耗费时间过多。基于此，可以对工作面的不同区域顶煤冒放性的关系及“支架--围岩”系统的稳定性进行深入研究。

根据工作面的具体情况，确定9-10架支架长度作为不放煤的合理距离，工作面分区域的顶煤放出量应当控制在大约1:3:2的合理比例。对机采高度与放煤高度、放煤方式、放煤步距、采放比等主要的回采工艺参数进行确定，并且采煤机在割煤以后应当先移架，空刀返回之后再推溜，并且要逐步过渡工作面卧底，不可以一次提刀或者降刀。

以上覆岩层的活动规律为根据，利用上区段采空特点，确保回风顺槽能够满足安全生产要求的前提下，尽可能地使上区段岩层能够消除煤柱强度影响，参与本区段上覆岩层的活动，使本工作面有效长度能够延长，形成大工作面，提高“支架--围岩”系统稳定性以及顶煤放出率。

工作面的上部出口和回风顺槽的交汇区域设置柔性的调节段，以确保工作面的支架工作状态正常，同时为减架提供方便。要注意控制参数和实行工序的控制，保证“支架--围岩”系统动态稳定，避免发生安全事故。

对工作面的伪倾斜角度进行调整，解决工作面的设备下滑和溜子上窜的问题。在一般条件下，如果溜子上窜，就将工作面调整成为伪俯斜。如果溜子下滑，就将工作面调整为伪仰斜。调整的角度以实际的上窜或下滑量为依据确定，但是通常在8°以下。

三、硬顶超前预爆破的控制技术

用超前预爆破的方法控制、处理坚硬顶板，消除顶板大块度的冒落及大面积悬露引起的冲击性矿压以及由此造成的工作面围岩的灾变隐患。

基于大倾角煤层顶板坚硬的特点，根据爆破后顶板的移动及充填特征对两巷内钻孔的布置方式、炮孔的基本参数、工作面的矿山压力特征以及超前爆破区域匹配及适应参数，确定适合坚硬顶板的超前爆破弱化的原则：非等长，多炮孔，非均匀，大药量，高层位，低震动。坚硬顶板弱化处理既能保证坚硬顶板的有效垮落及矿山的压力对顶煤产生的有利作用，又能防止过度破碎的顶板形成漏冒对顶煤的回收及煤炭质量造成影响，同时，采煤和顶板预爆破能够实现平行作业，能够很大程度上提高工作面的劳动生产率。

四、工作面基本安全保障技术

充分利用矿井的安全生产综合检测系统，加强对工作面的通风系统、上隅角以及冒落空洞的管理，对瓦斯异常的区域瓦斯积聚及涌出进行有效解决，防止工作面发生瓦斯事故。工作面的回采工序中，运用主要设备及控制点洒水、煤层注水等手段，降低粉尘浓度，使工人的作业环境得到有效改善。

在工作面的基本支架上设置必要的护帮板，在追机作业的的过程中及时对煤帮与顶板进行支护。支架的顶梁每间隔10架安装挡矸帘，保证其距溜子地面的净高小于0.6m。工作面前部的刮板输送机和支架之间，隔10架安装可开关挡矸门，并且确保其能够处于常闭的状态，对行人设备进行必要的改设，创造安全性能良好的行人通道，防止上部滚落物体伤人。