大仰角大采高综采放顶煤生产实践研究

□郑宗儒 郑文伟 杜 昭

一、引言

110201(Ⅱ)大采高工作面是枣泉煤矿首个大仰角综放工作面，开采煤层为井田11 采区南翼二煤层，煤层总厚6.5～8.5m，平均7.9m，煤层仰角8°～18°，平均仰角11°。工作面设计机采高度为3.8m，放顶煤高度为4.1m，采放比为3.8:4.1=1:1.08。工作面设计长度205.3m，可采长度590m。煤层直接顶以泥岩与砂岩互层，底板为2.56～6.57m 泥岩、粉粒砂岩。

二、设备选型配套

大仰角综放工作面主要设备:采煤机，工作面前、后刮板输送机，放顶煤液压支架。各设备的相互空间位置关系、技术性能的适应性和设备之间的生产能力配套是综采放顶煤设备配套的重点问题。

110201(Ⅱ)大仰角工作面配套设备分别是MG750/1910－WD 型交流变频电牵引采煤机，总装机功率1910kW。ZF13000/25/43D 型四立柱支撑掩护式正四连杆大插板低位放顶煤液压支架、ZFP13000/26/40D 型排头支架、ZFG13000/25/43D 型过渡架、ZT25000/25/40D 型两架一组中置式放顶煤端头支架联合支护工作面顶板。前后刮板输送机均采用SGZ960/1400 型刮板输送机，装机功率1，400kW。

(一)采煤机特殊技术性能要素。一是因工作面仰角较大，采煤机在割煤过程中受滚筒割煤的反作用力及采煤机自重沿工作面倾向分力的合力，迫使前部刮板输送机沿工作倾向下滑，造成每个循环的进尺不够，同时采煤机滚筒易割支架顶梁，损坏设备。因此在设备选型时，订制特殊的采煤机滚筒连接套，加长200～300mm。二是因仰角及采煤机自重较大，运行时会加大对采煤机行走机构的冲击，造成行走机构严重的机械磨损。因此在设备选型时，必须加强采煤机行走机构的强度，并且做到在尽可能增大截割功率、牵引功率的基础上，减小机身重量。

(二)刮板输送机特殊技术性能要素。后部刮板输送机采用软连接，连环与拉后溜千斤进行直接连接，由于工作面仰斜开采，软连接使用的连环有效长度变短，需增加连环的长度，根据仰角的大小，连环个数需增加1～3 环才能保证后部刮板输送机的正常使用。

(三)液压支架特殊技术性能要素。一是因工作面仰角较大，采煤机在割煤过程中受滚筒割煤的反作用力及采煤机自重沿工作面倾向分力的合力，迫使前部刮板输送机沿工作面倾向下滑，造成每个循环的进尺不够，同时采煤滚筒易割支架顶梁，损坏设备。因此在设备选型时，液压支架推移十字头加长200～300mm。二是由于工作面仰斜开采，每一个循环需进行留底挑顶，挑顶幅度控制困难，容易造成液压支架顶梁不接顶板，顶梁出现空顶现象，对顶板管理带来一定难度，因此在设备配套选型时，优先选择铰接顶梁式的液压支架。

三、大仰角煤层采煤方法和采煤工艺

工作面选择适宜的采煤方法和采煤工艺是建设安全高效矿井的关键。采煤方法和采煤工艺的选择，应根据煤层赋存条件、设备发展水平、安全管理、资源回收率等因素综合确定。

(一)采煤方法。采用倾斜长壁综采放顶煤方法进行开采，全部垮落法处理采空区。根据煤层底板岩性可知，110201(Ⅱ)工作面直接底为泥岩、粉砂岩，硬度较小，易造成支架钻底，给采场管理带来困难，因此，决定工作面正常回采时留设400mm 底煤。

(二)采煤工艺。

1.回采工艺。包括落煤、装煤、运煤、支护、放煤及处理采空区。主要以放顶煤工序为中心，割放煤工序平行作业，工艺流程:采煤机上端头斜切进刀→下行割煤→移架→适量放顶煤→采煤机返刀上行清浮煤(采煤机割煤至机头后)→大量放顶煤→推前部刮板输送机→拉后部刮板输送机→上端头斜切进刀→进入下一循环。

2.采煤机割煤方式。采煤机采用上端头斜切进刀，单向割煤，液压支架及时支护顶板。

3.移架方式。分组间隔交错式移架，滞后采煤机左滚筒2架开始分组拉移支架，分两组间隔1 架(2 架)依次顺序拉移支架，最多滞后采煤机右滚筒5 架，同时采用先导控制式电液控制系统控制液压支架，提高支架的拉移速度。

4.放顶煤方法。110201(Ⅱ)工作面采取一采一放，分上下两段两组(共6 人)两轮次间隔顺序放煤的放煤方法，放煤步距0.8m。

四、安全生产管理

大仰采角工作面回采安全生产管理尤为重要，需要从切眼设计上未雨绸缪;设备安装上仔细认真，采场管理上科学合理;安全保障上谨小慎微。

(一)大断面异形切眼的特殊设计。大断面异形切眼的特殊设计。一是根据液压支架设备配套及相关文件要求，切眼净宽为9.0m，考虑液压支架安装方式及以往大断面切眼设计，切眼正中净高定为3.3m，顶板成10°仰角，底板成5°仰角，则切眼上帮净高为3.7m，切眼下帮净高2.7m。二是保证支架运输车在倾斜巷道底板上正常行走不侧滑，在切眼地坪施工过程中将老塘侧2.0m 范围施工水平地坪，将支架车实际倾斜坡度调整为3.5°。三是切眼自风巷开口前161m 沿煤层底板掘进，161～205m 段沿7°下坡施工与机巷贯通，一方面增加了煤巷掘进长度，保证了巷道的快速施工，另一方面满足了特种车辆的行驶坡度要求。

(二)设备的安装。大仰角工作面的初采初放是否安全顺利，很大程度上取决于工作面的设备安装质量。一是前部刮板输送机安装前，根据切眼仰角，提前将前部刮板输送机垫平，保证采煤机正常挑顶。二是安装过程中必须保证液压支架的状态良好，有利于工作面的初采。三是工作面支架安装完毕后，将切眼原支护进行一定破坏，保证直接顶老顶及时垮落，保证顺利拉移液压支架，推移前部刮板输送机。

(三)采场的管理。

1.解决工作面层位调整的技术难题。一是控制好工作面开采层位调整，保证一定厚度的底煤，防止底板软岩导致液压支架钻底现象，造成液压支架初撑力不足，前部刮板输送机推移困难。同时根据工作面两巷仰角变化，提前做好层位调整。二是工作面在调整层位留底量大于挑顶量时，前部刮板输送机机仰角大于支架底座仰角，采煤割煤过程中易割液压支架顶梁，因此需每个循环垫平刮板输送机，采煤机能够正常挑顶。三是保证工作面机采高度，每个循环进行控制，防止工作面局部采高过低，造成采煤机滚筒挑不上顶板或者采煤机不能正常通过工作面每台液压支架。

2.解决采煤机割液压支架顶梁的技术难题。一是工作面回采时要求采煤机每个循环进行挑顶，不能正常挑顶段，每两个循环垫一次前部刮板输送机，保证采煤机能够正常挑顶，挑顶时尽设备的最大挑顶能力进行挑顶，挑顶高度一般200～300mm，留底量100～200mm。采煤机司机在挑顶留底时要掌握好采煤机滚筒割煤高度，保证支架顶梁能够与顶板接平、接实。二是当工作面仰角较大，采煤机在割煤过程中受滚筒割煤的反作用力及采煤机自重沿工作面倾向分力的合力，迫使前部刮板输送机沿工作倾向下滑，造成采煤机割液压支架顶梁，同时每个循环的截割进尺不够，因此在采煤机割煤时，将刮板输送机推移箱完全推出并保持一定时间的推力，确保采煤机截割深度，采煤机滚筒不会割到液压支架顶梁。

3.液压支架状态调整。一是由于工作面仰角大，前部刮板输送机沿工作面的下滑力较大，必须保证液压支架初撑力达到要求，才能确保以液压支架为支点正常推移前部刮板输送机。二是工作面液压支架直线符合要求，液压支架局部不能落后，煤壁不能出现亏刀，保证煤壁没有应力集中点。液压支架仰角符合规定，液压支架保证射箭状态，确保液压支架接顶严实。三是工作面正常割煤移架时，严禁超前移架，减小设备配套液压支架端面距，造成采煤机割液压支架顶梁。当工作面顶板破碎时，支架工根据工作面顶板情况超前带压擦顶移架。四是支架顶梁前端与煤壁距离控制在200mm 左右，尽量做到护帮板整体与煤壁接触，缩小支架梁端、煤壁和护帮板之间的三角空顶面积。

4.工作面伪斜调整。根据工作面前后刮板输送机与转载机搭接情况，及时调整工作面伪斜，一般将伪斜控制在5～15m 之间。

(四)安全保障设施。一是工作面8#支架以下及前后部刮板机机头正对卸煤点采用单层钢丝绳护网(规格为1500mm ×2300mm，用φ12mm、80mm×80mm 的钢丝绳)，护网上侧利用卸扣体固定在液压支架外侧顶梁下，护网下侧利用反光吊带捆绑固定在电缆槽外侧。二是工作面8#～120#支架沿工作面倾向在支架立柱外侧顶梁下方挂设挡矸网(规格为6000mm ×2300mm，用φ11.5mm、100mm ×100mm 的尼龙网)。尼龙绳挡矸网上侧利用φ12mm 圆钢加工的卸扣体固定在支架立柱与电缆槽之间顶梁耳子上，下部利用φ12mm 圆钢加工的卸扣体固定在支架底座耳子和电缆槽推移耳子上，尼龙网与钢丝绳挡矸网长边利用反光吊带捆绑牢固，以保证挡矸效果良好。三是采煤机通过机道内的护网前，利用反光吊带分段将尼龙挡矸网拉回，确保采煤机不刮护网。四是运输巷行人侧皮带下帮侧全程加装钢筋护网，钢筋护网尺寸为900 ×4500mm，网孔规格为50 ×50mm。钢筋护网用8#铁丝与H 架连接可靠，钢筋网与钢筋网用8#扣扣相连，扭结不少于三圈固定牢靠。五是运输巷加设两道倾向金属防护网，金属护网规格为1500mm × 2300mm，用φ12mm、80mm×80mm 的钢丝绳加工。两道金属护网随着工作面回采前移。六是工作面回风巷、运输巷超前段沿巷道倾向挂设钢丝绳，将超前单体液压支柱连锁起到防倒作用，钢丝两个绳头分别用母起吊环连接在巷道两肩窝处的锚杆上。七是风机两巷施工地坪时，增加防滑槽，便于行人及车辆运输，同时回风巷及时除尘，防止底板积尘湿滑，引发人员伤害。

五、结语

110201(Ⅱ)大采高工作面是枣泉煤矿首个大仰角煤层综合机械化放顶煤工作面，通过研究大仰角综放工作面“三机”设备配套选型、采场管理、采煤方法、放顶煤工艺及安全管理等内容，建立了比较完整的“大仰角煤层综合机械化放顶煤开采”技术管理体系，对今后回采大仰角工作面的技术与现场安全管理起到了引领作用。

［1］马其华，王宜泰.大仰角综采设备适应性改造技术研究［J］.煤炭机械，2009

［2］李广富.大仰角双斜综放工作面安全开采技术研究［J］.煤矿现代化，2013