急倾斜煤层综采工作面回采工艺优化设计

徐经宙

(山西临汾古县西山鸿兴煤业有限公司，山西 临汾 042405)

引 言

在井下开采时，一般煤层倾角在12°以下时被认为是最佳倾角[1]，不会出现由于设备自身较重而出现设备下滑，在开采煤炭资源时，对出现的设备窜动、歪架等现象，通过不断地完善和改进开采工艺进行解决。但是，如果出现煤层倾角大于12°时，就需要安装防倒防滑装置，不断将回采工艺进行优化和完善。

1 工程概况

西山鸿兴煤业某工作面煤层倾角最大为35°，工作面的倾斜长度为142 m～49.5 m，其中，急倾斜工作面的长度750 m～793 m，工作面的平均煤层厚度为5.25 m，煤矿总存储量约46.8万t，在对此工作面进行回采时，采用机械式方法进行开采，开采的高度为2.4 m，采用一采一放的形式，同时采用两排单体液压支柱的支护方式，整个开采所用到的机械设备有采煤机、液压支柱、双链刮板输送机[2]，由于急倾斜煤层对巷道布置及设备都有一定的要求，因此，要优化改进工艺，以提高煤层的开采效率。

2 回采工艺优化设计

2.1 上下调整架溜

该工作面属于急倾斜煤层，煤层的倾角较大，工作面整体走向变化也较大，采用分段定向施工方法掘进回风巷和运输巷，由于回风巷和运输巷的坡度较大，巷道中部有弯道，因此，在进行巷道掘进的过程中，要将综采设备适当地进行上提或是下放[3]，确保工作面上的支架以及刮板输送机等设备不会下滑到机巷，并且距离下出口没有机架段的长度要小于2.5 m。

通过在现场的实际布置，要实现对工作面支架、刮板输送机等设备的上提或下放，就需要通过调整支架的俯仰角来确保一致，同时根据下方相邻支架的方向来控制上方活动支架的移动方向，如果要让支架实现上提，则需要让支架的前端向上仰，如果要让支架实现下放，则需要让支架的前端向下俯，支架的上提和下放示意图,如图1所示。

图1 支架的上提和下放示意图

支架上提的最大距离,如式(1)所示：

Δh=L×sinα

(1)

式中，L是支架推溜的步距，一般为600 mm；α是推拉杆的最大倾斜角，一般为10°。

将参数代入上式后可以得到支架上提的最大距离为104 mm。在巷道的坡度和方向变化较大时，就要根据变化的情况，适当地对支架的俯仰角进行调整，一般在开采前20 m处调整好，工作面每进一刀，支架的架溜上提量小于100 mm，架溜防滑的原理，如第103页图2所示。

图2 架溜防滑原理

2.2 控制增减架

西山鸿兴煤业某工作面受运输巷断面的影响，同时又有转载机、破碎机、输送机等设备，在工作面的长度发生变化后，要及时增减支架和中部槽，否则设备只能从回风巷进行运输、安装、撤出等操作，上出口也无法安装上端头支架[4]。为了确保在急倾斜工作面煤层上，作业人员的上、出口安全，降低工人的劳动强度，提高开采的效率，则需要缩短在工作面上、下出口处的无支架段长度，在上出口处，确保能及时安装和撤出支架，且支架从顶部延伸到回风巷的下边缘；在下出口处，调整支架和输送机，使无支架段的距离小于2.5 m。

2.3 割煤控制

考虑安全因素及设备防滑和低负荷的要求，如果在上行时割煤，由于采煤机的阻力较大，负荷较重，容易出现采煤机跑车，从而造成设备损坏。因此对急倾斜工作面煤层实行上行跑空刀收浮煤，下行单向割煤。在一个班组收班时，要将采煤机停放在上出口处，并完成进刀工序，这样的目的是确保对采煤机检修时的安全，避免出现煤壁片帮伤人，同时完成推溜进刀作业，确保工作面的平直度，控制工作面的质量。

2.4 推溜移架顺序

在进行下行割煤时，要滞后跟机移架，才能确保在割煤后顶板得到有效支护，从上到下进行移架，活动支架有一定的限位，防止支架下滑，在上行跑空刀时，要滞后跟机推溜，从上到下进行推溜，由于下方支架固定，推溜时输送机一直处于下滑的状态，由下到上进行推溜时，正好避免输送机下滑。因此，采用上行推溜下行拉架的方式，可以很好地避免急倾斜工作面上设备的下滑。

2.5 推溜过程控制

对急倾斜工作面煤层的开采过程中，防滑千斤顶是基本的配套设备，在进行推溜时，要确保支架底座推拉杆上的防滑千斤顶处于受力状态下，满足在推拉杆方向上的支架推溜要求，以防输送机不受力出现下坠。

2.6 拉架过程控制

在对工作面拉架的过程中，要提前将活动架上架的侧护板收回，调架梁收回，下架的侧护板伸出，调架梁千斤顶伸出，在移架时，给下方留有一定的限位，上方有一定的活动空间，让支架在可以控制的范围内活动。

在对工作面移架的过程中，要同时用到平衡千斤顶，以确保顶梁的水平度，在承压下进行移架，防止顶板出现冒落、支架出现倒架的现象。在升架后，要使顶梁和顶板完全接触，确保支架的初撑力以及阻力，从而控制煤壁和矿山压力显现，减少顶板冒落。如果顶梁是下俯或是上仰状态，则顶梁和顶板是点或线接触，会出现顶板断裂现象，顶梁下俯或上仰对顶板的影响，如图3所示。

图3 顶梁下俯或上仰对顶板的影响

3 应用效果

应用上述优化的回采工艺，通过对该急倾斜工作面煤层的开采，选用正确的割煤、移架、推溜等作业，采取有效的设备防滑技术，确保工作面开采的安全高效。在试验过程中，可以看出，安全开采条件得到很大地改善，工人劳动强度得以降低，平均月产量由0.55万t提高到1.16万t，采出率由82%提高到91%，可见，优化后的回采工艺取得了较好的经济效益。

4 结论

针对急倾斜煤层容易出现设备下滑的问题，以西山鸿兴煤业某工作面为研究对象，采用综合机械化开采后，结果如下：

1)通过调整工作面的架溜，适当控制增减架，并对割煤、推溜、拉架和移架等工艺进行优化，将支架的下滑控制在一定范围内。

2)现场实际应用表明，优化后的工艺使安全开采条件得到很大地改善，工人劳动强度得以降低，平均月产量由0.55万t提高到1.16万t，采出率由82%提高到91%，取得了较好的经济效益。