四川华蓥山广能集团绿水洞煤矿工艺讲义.docx

四川华蓥山广能集团绿水洞煤矿大倾角煤层综采工艺
v 大倾角煤层的定义：
v “大倾角煤层”的说法是我国煤炭行业在上个世纪90年代前后提出的。这是采煤机械化由缓倾斜向倾斜再向更大倾角煤层发展的必然结果。而至于究竟什么是大倾角煤层，目前还没有公认的很明确的解释和统一的定义。从检索到的文献来看，大倾角煤层一般多指30°～55°倾角的煤层，而在此煤层内布置的工作面叫大倾角工作面，实际上通常把45°以上煤层定义为急倾斜煤层。
v 大倾角煤层开采的现状：
v 35°以下倾角的倾斜煤层、60°以上的急倾斜8m以上的厚煤层综采技术成熟，设备选型合理，工作面单产高。
v 35°～60°倾角的中厚煤层被国内外视为难采煤层，开采这种煤层时，职工劳动强度大，安全性差，煤炭回收率低，产量工效低，万吨掘进率高。综采工作面“三机配套”选型困难，工作面液压支架防倒防滑、运输机防滑、工作面下出口的可靠支护和防护、防止煤矸下滚下窜伤人等一系列重大难题不好解决。
v 由于大倾角急倾斜中厚煤层倾角大、地质条件复杂等因素影响，采煤机械化的发展远较缓倾斜煤层缓慢，因此，国内急倾斜煤层目前仍以炮采为主，主要的采煤方法：倒台阶式采煤法；仓储采煤法；钢丝绳锯采煤法；伪倾斜柔性掩护支架采煤法等。
v 大倾角急倾斜煤层开采的特点：
1、大倾角急倾斜煤层顶板受力分析，由于煤层倾角大，顶板垂直层面的重力被分解为沿顶板倾斜方向的下滑力，顶板法线方向的分力。煤层倾角越大，沿倾斜方向的下滑力越大，而垂直层面方向的作用力越小。因此，作用在工作面支架上的压力变小，支架的稳定性降低，容易倾倒。由于倾角大，垂直层面的作用力变小，在顶板岩性相同时，急倾斜煤层的顶板比缓倾斜煤层顶板难于冒落，冒落步距会增大。由于沿倾斜方向的作用力增大，底板岩层的稳定性降低。为此在开采急倾斜煤层时，不仅顶板会发生移动和冒落，而且底板也可能发生移动滑底。
2、急倾斜煤层工作面采下的煤块和垮落的矸石会沿底板自动下滑，简化了工作面的装运工作。但下滑的煤块和矸石容易冲倒支架，砸伤人员，给安全生产带来不利因素。
3、采空区管理，采空区垮落的矸石自动向下滑滚把采空区下部空间充填起来，对顶板起着自然支撑作用，在短期内，离工作面较近的采空区老顶不会折断。所以急倾斜工作面在正常开采期间一般不出现明显的周期来压现象。
4、大倾角急倾斜煤层的落煤和支护机械化要比缓倾斜煤层困难的多，要考虑到机械化采煤支架稳定性和防倒防滑问题，增加了机械化采煤的难度。
v 从图看出随着煤层倾角增大，液压支架、采煤机、煤炭运输机（简称三机）受到的下滑分力也越大，设备防倾倒、防下滑、防飞石伤人的技术要求也越来越高，解决难度也越来越大。
v 绿水洞煤矿急倾斜煤层综采效果：
v 华蓥山广能集团绿水洞煤矿通过多年探索、试验，研制出能适应到60°煤层倾角的急倾斜煤层综采液压支架及端头支架，不断优化开采工艺，成功地解决了解决了工作面液压支架防倒防滑、运输机防滑、工作面下出口的可靠支护和防护、防止煤矸下滚下窜伤人等一系列重大难题。
v 在工作面平均倾斜长130m，平均走向长1400m。平均厚度2.46m，倾角45～60°的急倾斜中厚煤层中采用走向长壁综合机械化采煤工艺，工作面最高单产5.8万吨、平均月产4.8万吨，回采工效15.8t/工，工作面采出率97%。
v 工作面特征：
v 工作面平均倾斜长130m，平均走向长1400m。平均厚度2.46m，倾角45～60°，呈上缓下陡状态。煤质中硬，普氏系数2～3，煤体受力后易破碎。煤层赋存比较稳定，局部存在分岔，夹矸厚约0.3m。煤层伪顶为黏土岩，平均厚度0.2m;直接顶为灰色泥岩、砂质泥岩及钙质泥岩，平均厚度8.4m;基本顶为钙质泥岩、砂岩及薄层含燧石结核灰岩，平均厚度7.2m;直接底为炭质泥岩，平均厚度1.2m。
v 工作面配套设备
v 工作面采用新研制的适应最大倾角60°的四柱支撑掩护式液压支架和横向掩护式端头支架等国产化综采设备生产，工作面主要配套设备如下:
v ZJ3600/15/36液压支架/架 86
v ZTHJ11400/15/23型下端头支架/架 3
v ZTJ4600-13/31型上端头液压支架/架 1
v MG620/250－QWD2采煤机/部 1
v SGB－730/320(160)刮板输送机/台1
v SZZ－730/320工作面巷道转载机/台1
v PLM1000破碎机/台1
v SZZ－730/320桥式转载机/台 1
v DSJ100/60/2×160带式输送机/台 3
v 工作面布置
v 考虑到工作面煤层倾角大，工作面设备沿煤层倾斜方向下滑分力大，下滑问题突出，充分借鉴矿井以前进行大倾角综采时设备防滑的成功经验，利用每次推移刮板输送机时的上行分力抵消采煤过程中输送机的下滑力，工作面采用伪斜角γ的布置方式。（如图）
v 综采工作面采煤工艺过程:下行割煤→装煤、运煤→上行空刀清浮煤→装煤、运煤→移架→推移刮板输送机。
v 1)割煤与装煤。由于工作面煤层倾角大，采煤机上行阻力较大，采用下行割煤、上行空刀清扫浮煤的割煤方式。双滚筒采煤机在上、下端口通过斜切进刀方式自开缺口，正常割煤时，前滚筒右螺旋割顶煤，后滚筒左螺旋割底煤。通过割煤机滚筒螺旋叶片与刮板输送机铲煤板自行装煤。
v 2)支护。采用ZJ3600/15/36支撑掩护式液压支架控制工作面顶板，下端为横向布置的ZTHJ11400/15/23端头支架，上端采用单体支柱抬棚支护。由于煤层倾角大，工作面运输机巷下侧为未采煤体，为了保证支架－围岩系统稳定性，防止支架倒滑，又有利于调整支架的前移位置，工作面支架总体上采用上行式的推移顺序。首先推移工作面下部的端头支架，然后推移排头支架，接着按上行分段、段间上行、段内上行的顺序推移排头支架上方的支架，最后移动工作面上端头支架。
v 端头支架的移架顺序:根据工作面端头控顶的需要，在工作面下端部沿工作面推进方向并排布置3架横式端头支架。前架(工作面推进侧)与中架固定接连，以便增加支架对底板接触面积；桥式转载机机尾铰接于前、中架底座前端；工作面刮板输送机正对前、中架之间的转载机机尾溜槽；后架(靠采空区侧)利用置于底座上的2组移架千斤顶与中、前架联系。移架时，利用后架推移中、前架，同时推移桥式转载机，保证桥式转载机和前、中架的推移与工作面推进同步；然后，利用移架千斤顶拉移后架。端头支架布置形式及推移过程如图所示。
v 排头支架的移架方式:工作面下部5个支架组成整体性的排头支架。在排头支架移架时，为避免第1个排头支架下滑，先移第3个排头支架，再移第2个支架和第1个支架，最后顺序移动第4、第5个支架。
v 排头支架上方支架的移架顺序:按上行分段、段间上行、段内上行的顺序推移。移架时，通过上、下处于工作状态的相邻支架的顶梁、底座两侧的调架千斤顶调整被移动支架的位置，并且保证相邻两架的顶梁高差不超过10cm，防止顶梁交错形成叠架。
v 推移刮板输送机：工作面支架移架过程中，滞后采煤机后滚筒15～20m利用支架底座的千斤顶推杆，由下往上逐渐推移刮板输送机。推移刮板输送机时，必须严格保证输送机弯曲段距离不小于15m。到工作面上端部，利用上端头液压支架下侧的支架推移输送机机头。
v 3.1 液压支架的防倒防滑措施
v 1)加强现场管理，严格按照由下到上、分段移架、段内上行、段间上行的移架顺序及相关规定进行移架工作。
v 2)支架的调架装置要保持一定的行程，当支架发生轻微倒架时，及时调整支架，使支架与煤层顶底板垂直。
v 3)当工作面顶板破碎、容易冒顶时需带压移架，带压强度以能够顺利移架为准。
v 3.2 刮板输送机防滑和防上窜措施
v 1)及时调整液压支架状态，保持工作面输送机与液压支架垂直(推移刮板输送机段除外)。
v 2)加强工作面设备检查，保持调推千斤顶处于正常工作状态，及时更换损坏、失效的千斤顶。
v 3)提高割煤质量，避免工作面伪仰斜角忽大忽小。
v 3.3 采煤机防滑措施
v 1)采用无链牵引方式，利用采煤机的行走齿轮与固定在输送机槽帮的齿轨啮合使采煤机顺直工作面移动。
v 2)在采煤机上安装能停止工作面输送机的闭锁装置。
v 3)加强机组的检修维护，保证机械结构防滑功能灵敏可靠，防止机组失控下滑。
v 4)当采煤机停止割煤时，要把2滚筒下落到工作面底板或截进煤壁。
v 3.4 片帮和飞矸伤人预防措施
v 1)在每节工作面输送机中部槽上均安装一套架前挡煤板，防止煤壁片帮和割煤时煤(矸)下窜伤人。架前挡煤板必须保持升起状态，只有当人员观察采煤机、刮板输送机工作状态等情形，方可降下来。
v 2)工作面间隔5或10个液压支架安装一个架间挡矸门。每个架间挡矸门平时均处于关闭状态，人员通行时方可开启。
v 3)处理工作面设备故障时，设专人在事故处理点上侧20m位置负责观察的煤矸滚落情况，并在工作面事故处理点上方5m处用木板挡矸。
v 3.5 底座插底处理
v 由于煤层底板岩性较软，支架较重，在顶板压力作用下，液压支架容易前倾，使底座前端插底，导致移架、推移到刮板输送机困难，现场应用时采取降低支架前柱支护阻力的措施即可有效解决。
v 4 应用效果
v 利用综采设备进行采煤以后，正常回采期间平均月产原煤48214t，与矿井以前采用柔性掩护支架采煤法的工作面相比较(表1)，各项主要经济技术指标均得到有效改善。
v 几个创新：
v 1、架前挡矸门自动升降液压系统有效保障工作面防飞矸伤人，工作面输送机自动液压升降架前挡煤板防止煤壁片帮和割煤时煤 ( 矸)下窜伤人。
v 2、下端头支架横向布置，纵向移动保障工作面下安全出口畅通。
v 3、设备特点：
v １）ZJ3600-15/36型急倾斜综采液压支架。该支架结构为支撑掩护式，输送机推杆在半封底的底座滑槽前后运动，推溜缸座设置于底座前端，活塞伸出时实现拉架，活塞缩回时实现移溜，输送机推杆在滑道内长度长于一般液压支架，可适当减小输送机下滑偏角；在底座下侧端前部座孔内增设调偏千斤顶，伸出时顶住输送机推杆下侧方控制推杆下偏；与输送机的连接装置，由传统的十字头连接改为推杆腔内板式头连接，缩小连接装置偏移自由度。通过以上３项专利设计实现工作面输送机防滑，从而减小推移过程设备整体下滑。自工作面排头液压支架起，大于2／3的支架顶梁和底座各采用２组千斤顶两两连接，进行液压支架防倒防滑。每５或10架支架间，安装１道由液压缸控制的推拉上下伸缩门，防止移架过程中降架串矸或工作面飞矸伤人。液压支架底座上安装有倾斜梯步，立柱上有拉手，便于工作面支架内行人。
v ２）SGB-730/(2×160)型边双链刮板输送机。挡煤板侧增设了与中部槽长度相同的挡矸板，通过千斤顶调节挡矸板高度防止工作面飞矸串人架内，液压管路由液压支架上阀片控制。中部槽销轨为锻造、双曲线型。与液压支架推杆连接处腔尺寸变大，满足加大后的板式连接头安装。
v ３）MG620/250－QWD2电牵引双滚筒采煤机，交流变频调速、销轨式无链牵引，牵引功率2×50kW，牵引速度(6/12m)/min，牵引力872/515kN。
v ４）ZTJ4600-13/31型上端头液压支架，四柱式，宽度为1.75m，底座为中空型，采用２根分离式千斤顶与输送机机尾部两端连接实现移架，输送机传动装置串动于其底座腔内；支架顶梁设高强度、长1m的前探梁，用２根千斤顶支护，可达180°护顶。
v ５）ZTHJ11400/15/23下端头横式液压支架组，由前、中、后３架横式液压支架组成，迈步行进式。如图所示，前架顶梁伸缩梁短，安装下端头最外端机巷口；中、后架顶梁伸缩梁直接与工作面排头支架顶梁相接，辅助防倒防滑。前、中架内底座前端结构为弓形，桥转机尾部安装其内转载煤炭，架座后端用挡矸板隔离作为人行通道，与后架相通，后架内前端用梯步与工作面支架人行梯步搭接。
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v 大倾角综采工作面机电设备防倒、防滑经验介绍
v 一、工作面设计时的防滑措施
v 在倾斜煤层中使用综采，因煤层倾角较大，工作面设备沿倾斜方向分力较大。使设备本身沿工作面倾向自行下滑，工作面运输机和液压支架的下滑对回采的影响尤为突出。为解决工作面运输机和液压支架的下滑问题，设计时把工作面布置成伪倾斜使工作面输送机前推方向与工作面倾向产生一夹角e。在每次推移输送机时，输送机将向上窜动一定距离，以抵消其下滑量；而液压支架垂直于工作面输送机并与之铰接。在拉支架时，支架只能向垂直输送机方向产生位移，这样也要向上窜动一定距离。若使工作面每平均推进1m设备自身的下滑量与伪倾斜布置产生的上窜量相等。则回采时工作面输送机和液压支架就不会上窜，也不会下滑。
v 设计时工作面设计成伪倾斜，就是要设定好两巷超前距离，机巷超前风巷，在回采过程中逐步增大或减少超前距，来控制工作面车和支架，使其稳定，既不下滑也不上窜。
v 二、设备选型时的措施
v 大倾角工作面应当选用适应倾角较大的设备，同时设备要采用相应的防倒防滑措施。
v 1、采煤机选用了具有较强爬坡能力、液压制动性能好的齿轨式无链电牵引采煤机。采煤机为双行走部。牵引力大，抱闸系统经过改造后防滑能力强；采煤机在行走减速箱内装有液压摩擦制动器，当采煤机关机时可自动制动。
v 2、工作面输送机选用整体铸造的工作面输送机，且在溜槽底部加焊了防滑条，强度高，不易产生下滑，对大倾角条件适应性强。
v 3、支架底座增加了底座调整千斤顶，加强侧护板强度，并且在支架底座、顶梁增加防倒防滑装置联接装置。这样就有利于支架配套安装防倒防滑装置和在移动过程中调整支架。
v 三、回采时的防倒防滑措施
v 1、运用厚煤层“倾斜-圆弧-水平”过渡的布置方式
v 工作面不安装端头、端尾支架，在机头、机尾各安装3架过渡支架。机头第一架过渡支架距下顺槽上帮留2～３米距离，并且3架过渡支架水平安装，第四架开始圆弧过渡。
v 倾斜-圆弧-水平”过渡的布置方式的特点：改善支架的受力状态，减少斜面支架对过渡支架的侧向推力，有效地遏制了以支架为主的开采设备的整体下滑和支架倾倒，提高了支护系统的稳定性；实现了大倾角煤层工作面过渡支架处于平面上。很好的解决了综采工作面端头支护、设备配套及人员安全的难题。
v 2、煤机的防滑措施
v （1）采煤机上安装能使工作面输送机停止运转的闭锁装置；
v （2）采煤机的牵引(运行)速度控制在3～4m／min以下；
v （3）采煤机上行割煤时要紧跟采煤机移溜，利用工作面输送机的弯曲防止采煤机下滑；采煤机在从机头反向机尾割煤20m后。按防滑要求把隔离开关打到“分”位，牵引手柄回“零”位。两个滚筒放在底板上，然后把工作面输送机头移到煤壁上，继续割煤移溜。采煤机停机时要把两个滚筒放在底板上。滚筒要切入煤壁，以防采煤机下滑。
v 3、工作面输送机的防滑装置
v （1）机头安装一个防滑千斤顶，防滑千斤顶上端安在支架底座千斤顶的锚固连接头上，通过连接装置与千斤顶实现钢性联接；另一端通过圆环和输送机耳鼻联接。工作面向上每隔20架安装一个防滑千斤顶，共安装5～7个。如图二所示：
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v （2）调整液压支架与输送机夹角，使导向杆的方向由垂直输送机改为上斜1～2°布置。
v （3）工作面机头20架范围内，适当降低采高，以减缓输送机下滑，另外，合理控制采煤机的挑顶和刹底量，以保持输送机的平直度。
v 4、支架防倒防滑装置
v （1）安装防倒防滑装置。下端头3组支架各安一套，往上每2O组支架安一套。移架时先移带有防倒千斤顶的支架，然后移其它支架。下端头三组排头支架的移架顺序2、3、1。上端头支护使用端头液压支架各3组，下端头第1组支架紧挨着侧护板打一块3．0m长工字钢，一梁四柱，其中两棵斜撑柱，向上斜70~80°，用于防止支架尾梁下甩。
v （2）工作面下端头1～3号支架为整个工作面防倒防滑排头支架。
v （3）移架时，将所移支架的侧护板打开，同时操纵待移支架的防倒千斤顶，使之处于拉紧状态。
v （4）移架时，用调架千斤顶和侧护板千斤顶调整支架，防止支架咬架，造成移架困难。
v （5）所有支架均带压擦顶移架，少降快拉。支架接顶后继续保持5～10S的供液时间，使支架具有最大初撑力。
v 5、顶板管理
v （1）采煤机前滚筒割煤后立即用伸缩梁护住顶板，后滚筒割煤后用护帮板护住煤帮，采用带压移架，少降快拉。
v （2）带护帮板的支架工作面联单层金属网加强支护，提高支护效果。工作面顶板破碎单网支护难以管理顶板时，根据现场具体情况，采取联双层金属网。必要时工作面要上圆木或工字钢加强支护。
v 四、经验
v 1、加强顶板管理，防止空顶和冒顶，是大倾角采煤成功与否的关键。要严禁支架空顶，保证支架受力状态良好。另外，铺顶网回采，有利于支架调整。
v 2、采高控制在比支架最大支撑高度小于0．2～0．3m为宜。
v 3、根据移架速度合理控制采煤机割煤速度。以便追机移架，控制顶板。采煤机下行割煤时，分段由下向上移架，稳定性好。
v 4、每次移架必须随时调整支架状态，这在采煤实践中非常重要。一旦出现累计位移，调整将很困难。
v 5、实践证明，保持运输巷超前风巷8～10m的伪斜布置比较稳定。
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