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松软厚煤层大倾角综合机械化放顶煤开采

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  摘 要:依据庞庞塔煤矿松软大倾角厚煤层综合机械化放顶煤开采实践在,针对支架出现的倾倒、下滑及输送机下滑等现象,在支架设计、回采工艺及现场操作采取有效的控制措施,取得了较好的效果。
  关键词:大倾角采煤;综采放顶煤;顶板管理、防倒、防滑
  1 工作面基本情况
  9-301综放工作面位于9#煤一采区,受断层(H=11.8m)影响,共施工了两个切巷,其中第一切巷长度121m,1#-72#架段平均坡度36°,其中50-65#架坡度达45°,9-101工作面煤层厚度11.8m。直接顶岩性为4-7m厚的L1灰岩、硬度5(f),直接底为0.5-2m厚的泥岩、硬度3(f),老底为细粒砂岩及砂质泥岩,硬度3-5(f)。
  以往专家学者对类似于我矿9-301综放工作面大倾角开采技术的研究甚少,目前尚无成熟的经验可以借鉴。为此,我矿围绕9-301大倾角综放工作面采煤技术这一核心问题,通过对“三机”下滑原因、支架倾倒影响因素和“三机”的受力研究分析,找出“三机”下滑、倾倒产生的原因,并从矿山压力影响、设备配套、工作面伪斜参数、刮板机的推移顺序、移架方式、排头支架的控制、采煤机截割方式、放煤方式等方面入手,提出相应技术措施,达到防止控制设备上窜下滑、支架倒架咬架及保证顶板安全的目的,并总结各项技术措施的成功经验,以便进行应用和推广。
  2 支架倾斜、下滑、失稳原因分析
  2.1 煤层倾角
  工作面煤层倾角较大,支架重力的作用线超出支架底座宽度边缘,若支架架间出现间隙,便会向下倾倒,倾角越大,支架重心偏移越远,支架越不稳定。此外因煤层倾角较大,顶板移动方向偏离煤层顶底板的法线方向,对支架形成一个向下的分力,也会使支架倾倒。
  2.2 顶板稳定性
  大倾角综放工作面的顶板(煤),不仅受支承压力的作用而变形破坏,而且受倾斜方向重力分力的作用。因此大倾角煤层的顶板不是沿法向移动,而是沿一条逐渐接近重力作用方向的曲线移动,顶板越不稳定,其移动曲线偏离法线越远。顶板移动的切向分量对支架产生侧向力可能导致支架倾倒,顶板运动方向与煤层方向夹角的变化对支架抗倒能力的影响是显著的。
  2.3 支架结构
  放顶煤工作面液压支架结构不同于综采掩护式液压支架,支架重心偏向尾梁一侧,工作面在推进过程中,支架尾梁出现下摆情况,造成支架前梁上摆、前溜上竄,顶板破碎处支架失稳、倾斜,严重时可能会出现倒架、咬架情况。
  2.4 控制方法
  ①支架的改进。对比原支架新增加前梁侧护,可有效控制架间漏矸,特别是顶板破碎是,可避免前梁上方顶煤大范围漏空;支架底座侧推油缸由单油缸改为双油缸,并加大了缸径,便于支架靠架使用;
  ②排头架的控制,拉移时单体柱配合戗架防滑、防倾斜。工作面机头段相对平段的留设,机头段15m范围内层位调整相对比工作面其它坡度减小,已提高工作面排头架的稳定性,防止从机头开始支架失稳整体下滑;
  ③泵站压力由30MPa提高到34MPa,使得工作面支架油缸动作加快,支架初撑力提升至26MPa,能快速达到工作阻力,更有利于顶板支护及设备防滑;
  ④支架的拉移上。拉架时采取两人配合操作,一人负责降架拉移,另一人负责操作下方支架侧推油缸进行靠架,控制上方支架底座下滑,防止形成支架倾斜及无间隙夹死,支架间隙较影响拉移时需使用单体柱靠架调整。
  3 溜子上窜下滑控制
  3.1 输送机上窜下滑原因分析
  ①重力原因引起下滑,当煤层倾角达到一定角度时,就有可能因自重而下滑。从静力学的角度考虑,对于运输机不产生下滑的条件为:
  f GcosA≥GsinA
  式中:G-输送机重量;A-煤层倾角;f-摩擦系数。
  则:
  tgA≤f A≤arctgf
  一般来讲,金属与煤层底板之间的摩擦系数为0.35~0.40,相应的摩擦角为18°~20°。由于工作面常有油污、浮煤、淋水以及降尘洒水,可使摩擦系数进一步降低,所以当煤层倾角为12°时,由于输送机的自重就有可能产生下滑现象。
  ②推移不当、次数过多的从工作面某端开始推移;
  ③输送机机头与转载机机尾搭接不当,导致输送机底链反向带煤,或者底板没割平或移输送机时过多浮煤及硬矸进入底槽,导致底链与底板摩擦阻力过大,均能引起输送机下滑,多数情况下是这几种因素综合作用的结果;
  ④工作面伪斜角掌握不好,造成前部运输机上窜或下滑;
  ⑤液压支架的下滑会带动运输机下滑。
  3.2 控制方法
  ①控制工作面机头排头架与正巷回采帮相齐,拉移时进行单体柱在戗架防滑,始终控制支架垂直于煤壁,出现前梁上窜下滑时及时靠架调整;拉移支架后必须将初撑力升够,防止推移溜子时推移梁引起支架底座下滑。
  ②伪斜的调整。通过调斜根据工作面实际情况,采取多推机头或机尾的方式调整正巷超前副巷距离,采煤推2-3次机头或机尾走1-2回通刀,始终保持机巷超前风巷5-8°。日常通过支架推移梁与底座间隙判断是否有下滑趋势,及时通过靠架及调斜来调整。后刮板机防滑方面主要采取调整拉移链在支架上下的连接位置进行控制。
  3.3 顶板的控制
  采高的控制在2.8m-3.1m,降低支架中心的同时,提高支架稳定性,同时也可以减小煤壁片帮;割煤时采取紧追前滚筒拉架,滞后不得超两架,出现拉架无法紧跟机组时,采煤机司机必须停机等待,顶板破碎区域采取割一架拉一架的方式,保证及时支护顶板。在支架初撑力的管理上,班中再进行一次巡查补液,再是支架顶梁侧护板错茬的的管理严禁错茬超规定,支架出现歪斜时及时单体柱靠架调整,以保正支架支护质量。
  顶板破碎区域的管理上。在超高区域采取铺设双层菱形网,施工超前拖顶锚索进行控制顶板,采煤机割煤时,采取低速扫底刀的方式,将工作面采高控制在2.8m-3m,满足采煤机能正常通过及支架正常拉移即可。采取追机带压擦顶移架,并采用支架侧护板油缸及底座侧推油缸供液进行靠架调整支架间隙;端面距超规定后及时超前拉架,无法超前拉架时将支架前梁插板伸出,或使用护帮板进行临时支护,防止发生漏顶事故。
  3.4 采煤机防滑
  采煤机能适应<35°倾角,工作面坡度超35°时采煤机采取下行割煤防滑,拖缆采取在副巷超前外安装28T回柱绞车不带电进行下放。
  3.5 防窜矸方面
  采取支架前立柱前方挂φ6mm钢丝绳挡矸网,机头1#-10#支架段再采取φ26mm钢丝绳及拉后溜链配合编制挡矸网,已应对窜矸对支架管路及电缆的冲击,在前溜机头处1#端头架顶梁吊挂钢板进行挡矸,防止矸石窜至行人侧。前溜运行期间严禁人员从机头作业及通过。
  参考文献:
  [1]马治国.大倾斜角中厚煤层综合机械化开采技术研究[J].内蒙古煤炭经济,2018(17).
  [2]韩换伟.大倾斜角厚煤层开采技术研究与应用[J].能源与节能,2015(08).
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