煤礦大傾角采煤方法

1、+大傾角綜采技術(shù)1大傾角煤層的界定 建國以來，我國一直將煤層按傾角劃分為三類：傾角在25以下的煤層為緩傾斜煤層；2545為傾斜煤層；45以上為急傾斜煤層。自20世紀(jì)80年代以來，我國煤炭行業(yè)學(xué)術(shù)界及工程界頻繁出現(xiàn)了大傾角煤層開采這一新概念。北京煤炭科學(xué)研究總院牛錫卓教授早在1979年就指出：“現(xiàn)行的煤層劃分為三類的分類法級差太大，不利于綜采技術(shù)的研究與應(yīng)用?！贝髢A角煤層概念的上、下限在我國極不統(tǒng)一，從25到60都有稱為大傾角煤層的。因此，關(guān)于大傾角煤層的概念及范圍的確定就顯得十分必要了。2 國外大傾角煤層開采技術(shù)研究主要集中在前蘇聯(lián)、德國和法國，并僅限于單一煤層綜采，取得了較多成果，但20世紀(jì)

2、80年代后基本停止。蘇聯(lián)和原西德均將煤層按傾角分為四類。在前蘇聯(lián)的分類中，18為緩傾斜煤層；1935為傾斜煤層；3654為次急傾斜煤層；5690為急傾斜煤層。原西德規(guī)定一個圓周為400。煤層的分類為：020，為緩傾斜煤層；2040為傾斜煤層；4060為大傾斜煤層；60以上為急傾斜煤層。經(jīng)過換算，原西德圓周400 。的4060與圓周360的3554相對應(yīng)。由此可見，兩國均把3555。傾角的煤層劃分為單獨的一類(次急傾斜煤層和大傾斜煤層)，是有一定合理性及實用價值的。原西德和前蘇聯(lián)都是綜采技術(shù)發(fā)展較早、應(yīng)用較廣、技術(shù)相對成熟的國家，這些煤層分類方法對我國大傾角煤層的規(guī)范和統(tǒng)一具有很好的借鑒意義。3

3、 隨著綜采技術(shù)水平和回采設(shè)備的不斷發(fā)展進步，綜合機械化開采的應(yīng)用范圍不斷擴大，近年來有不少學(xué)者提出了大傾角的下限應(yīng)該界定為35以上的煤層。例如，平壽康教授和他領(lǐng)導(dǎo)的課題組多年致力于大傾角煤層的礦壓研究，他們認(rèn)為大傾角煤層是指3555的煤層。石平五教授在1998年3月指出，“大傾角煤層至今沒有確切的定義，大多的說法是傾角大于35的煤層，有的礦區(qū)劃分為3560之間”。西安科技大學(xué)伍永平教授、贠東風(fēng)教授1999年曾指出大傾角煤層至今沒有確切的定義，但基于冒落矸石滑動的自然安息角和目前一般液壓支架最大適應(yīng)角，認(rèn)為大傾角煤層主要是指傾角大于35的煤層，傾角的上限可以是55或60。4 伍永平教授、贠東風(fēng)教

4、授在2000年10月再次指出:“大傾角煤層是指埋藏傾角3555的煤層”。2001年，伍永平教授、贠東風(fēng)教授論述了大傾角煤層概念，指出大傾角煤層一般是傾角在3555的煤層，這主要是考慮到采空區(qū)冒落矸石的自然安息角為35。當(dāng)煤層的傾角大于35時，冒落研石滑（滾）落形成采空區(qū)的下部填滿而上部懸空，從而形成不同于35以下煤層的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。5 根據(jù)現(xiàn)在我國機械化開采發(fā)展的需要，應(yīng)對我國傳統(tǒng)按煤層傾角將煤層分為緩斜、傾斜及急斜的三類標(biāo)準(zhǔn)進行修改，增加3555大傾角煤層這一類別，將煤層傾角劃分為4類，緩傾斜煤層025不變，傾斜煤層上限改為35，大傾角煤層3555，急傾斜煤層下限改為55，即：緩傾斜煤層為0

5、25；傾斜煤層為255590。 將大傾角煤層范圍定義為3555傾角的煤層，對我國大傾角煤層綜采技術(shù)的發(fā)展具有一定的合理性和實際應(yīng)用價值。6大傾角煤層的主要開采方法種類 國內(nèi)外對大傾角煤層的開采主要有以下幾種開采方法： （1）走向長壁一次采全高。在小于50的情況下，采用綜合機械化技術(shù)比較成熟，有綠水洞的經(jīng)驗可以借鑒；角度再大的情況下，一直采用倒臺階、正臺階、斜臺階等不利于機械化開采的方法進行。走向長壁綜采在工作面布置上又可根據(jù)需要采用偽仰斜或偽俯斜兩種方法。 （2）分層開采。將煤層水平分層，是一種變復(fù)雜為簡單的好方法，根據(jù)煤層厚度和傾角以及考慮開采技術(shù)條件的情況下，有傾斜分層、水平分層和斜切分層

6、等?；窘鉀Q了急傾斜煤層安全生產(chǎn)和高效難題。存在的主要問題是工作面長度隨煤層厚度變化，巷道掘進量大，工作面設(shè)備要適應(yīng)小工作面開采特點。因只能應(yīng)用在急傾斜煤層，國內(nèi)外均應(yīng)用較少。7（3）急斜煤層平巷放頂煤。將急傾斜煤層水平分層，分層間距一般8m12m左右，不另設(shè)風(fēng)巷、機巷，只開水平巷道，在巷道中布置13架支架。支架在巷道中前移，架后放頂煤。這種采煤方法存在的主要問題是，通風(fēng)問題沒有很好解決，制約高產(chǎn)高效?；咎幱谔蕴瓲顟B(tài)。（4）大傾角走向長壁綜采。隨著開采技術(shù)尤其是煤機裝備技術(shù)的發(fā)展，大傾角煤層走向長壁開采技術(shù)得到了長足的發(fā)展與應(yīng)用。在實踐中取得了良好的使用效果。該方法是近年來在我國發(fā)展的新技術(shù)

7、，這一技術(shù)目前處于國際領(lǐng)先地位。8大傾角煤層走向長壁綜采基本技術(shù)問題 我國大傾角煤層儲量約占煤炭總儲量的15%20%，年產(chǎn)量占全國煤炭總產(chǎn)量的10%左右。我國西部的寧夏、甘肅、新疆、云南、貴州、四川、重慶等省區(qū)50%以上的礦井開采有此類煤層；東部的山東兗州礦區(qū)、河北邢臺礦區(qū)和開灤礦區(qū)、安徽淮南和淮北礦區(qū)、江蘇徐州礦區(qū)等一些老礦區(qū)該類煤層的遺留比重也比較大。9 綜采工作面是煤礦開采的重要組成部分，它包括工作面采煤機、液壓支架、采面刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、運輸巷膠帶機和上（下）山膠帶機等各環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)工作質(zhì)量的好壞將直接影響到采煤機的開機率，從而影響工作面單產(chǎn)和一系列技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。綜采工作面上述各環(huán)

8、節(jié)在生產(chǎn)過程中所遇到的問題屬隨機性事件，充分認(rèn)識和掌握這些隨機事件的分布規(guī)律，減少各設(shè)備的故障時問，提高采煤機的有效工作時間，對綜采工作面高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提高效率將起到很大的作用。10 對于近水平煤層、緩斜煤層，經(jīng)過國內(nèi)外多年的實驗和理論研究，已經(jīng)取得了大量的研究成果，其理論與實驗方面的研究都已比較成熟，并在生產(chǎn)實踐中起到了指導(dǎo)性作用。而大傾角煤層賦存條件復(fù)雜，這決定了對它的研究必將經(jīng)歷一個漫長而復(fù)雜的過程。與近水平煤層和緩斜煤層比較，大傾角煤層綜采基本技術(shù)問題如下：11（1）頂板破斷垮落巖塊沿底板向工作面下部采空區(qū)滑、滾，使工作面沿傾斜方向形成不均勻充填帶（工作面下部填實，中部部分充填，上部懸空）

9、，走向長壁開采時在工作面線長方向形成不均勻充填特征，從而導(dǎo)致工作面不同區(qū)域礦壓顯現(xiàn)不同，通常中上部礦壓顯現(xiàn)較下部劇烈。（2）除頂板垮落外，大傾角煤層底板也會出現(xiàn)破壞滑移。當(dāng)頂板垮落（移動）的趨向和速率與底板破壞滑移趨向和速率不同時，會引起工作面“底板支架頂板”系統(tǒng)失穩(wěn)，一旦底板出現(xiàn)破壞，就會產(chǎn)生向下滑移，而且破壞滑移區(qū)還會向上蔓延，造成底板的大范圍失穩(wěn)，導(dǎo)致災(zāi)害性事故發(fā)生。（3）由于重力的法向及切向分量隨傾角增加而變化，使得切向分力增大而法向分力減小。因此，工作面支護系統(tǒng)所受的工作載荷變小，而引起支護系統(tǒng)失穩(wěn)的外載加大，產(chǎn)生工作面支架下滑、倒及架間擠、咬現(xiàn)象。1213 煤層傾角是影響選擇采煤方

10、法的重要因素之一。大傾角煤層一般指傾角為3555的煤層，跨現(xiàn)行煤層分類法中的傾斜和急傾斜兩個類別。這主要是考慮冒落矸石的自然安息角為35和水平分段放頂煤法開采55以上特厚煤層時底板“死三角”丟煤很少，以及目前走向長壁綜采設(shè)備及工藝在采取特殊措施后可適用煤層的最大傾角為55，而且開采難度相當(dāng)大，有特殊復(fù)雜性和規(guī)律性。14 一般煤層形成初期呈水平狀態(tài)，以后經(jīng)歷地質(zhì)構(gòu)造變動才成為大傾角煤層。因此，大傾角煤層及其圍巖常伴有較多的褶皺和斷層、節(jié)理裂隙發(fā)育；煤層傾角和厚度變化大。15 隨著煤層傾角增大，上覆巖層重力沿層面（切向）的分量增大，沿垂直層面（法向）的分量減小。因此，支架易下滑或傾倒，安全隱患大。

11、不僅頂板冒落，而且底板也滑移；采落的煤炭、垮落的矸石以及工作面內(nèi)其它未固定的物體均可沿底板滑滾，這雖然有利于工作面的運煤和矸石向下充填，但必須采取措施防止滑滾物體傷人、砸壞設(shè)備和沖倒支架。因垂直層面的作用力減小，在頂板巖性相同的條件下，大傾角煤層工作面頂板作用于支架的載荷比緩斜煤層要小。16 1998年四川省華鎣山礦務(wù)局（現(xiàn)為華鎣山煤業(yè)公司）綠水洞煤礦，2003年甘肅省靖遠煤業(yè)公司王家山煤礦先后與西安科技大學(xué)合作成功地解決了大傾角中厚綜采或厚煤層綜放技術(shù)難題并成功開采傾角最大達52的煤層。目前，我國大傾角煤層走向長壁綜采技術(shù)為世界先進，特別是大傾角厚煤層走向長壁綜放技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。17

12、長期以來，大傾角煤層因地質(zhì)條件復(fù)雜多變，開采條件差，機械化程度低，嚴(yán)重制約著此類煤層產(chǎn)量和效益的提高。隨著較容易開采的35以下煤層綜采設(shè)備和工藝的日趨完善，加之35以下煤層資源量的減少，綜合機械化開采技術(shù)逐步向較難開采的大傾角煤層拓展。無鏈牽引、電機橫向布置、制動可靠的新型采煤機和具有完善的防倒防滑功能的新型液壓支架等裝備和相應(yīng)的采煤工藝為這一拓展奠定了基礎(chǔ)。大傾角煤水平分段綜放工作面布置剖面如圖1所示。18圖1 大傾角煤水平分段綜放工作面布置平剖面192 設(shè)備特點 （1）液壓支架 （2）采煤機 （3）輸送機2021 大傾角煤層走向長壁綜采（放）設(shè)備是安全高效開采此類煤層的基礎(chǔ)，它必須能滿足煤

13、層傾角大的特殊需要，不但運行要可靠，而且操作要靈活。液壓支架、采煤機和刮板輸送機的具體特點如下。22 （1）液壓支架 液壓支架在走向長壁工作面移架過程中，由于支架自重在傾斜方向的分力會使支架沿傾斜下滑，煤層傾角越大，下滑力越大。支架后部因重量大且重心偏后，所以下滑比前部嚴(yán)重，造成支架歪斜。當(dāng)煤層傾角增大到使支架失去側(cè)向穩(wěn)定時，支架會向下傾倒。為了保證支架正常工作，在煤層傾角大于35時，從設(shè)計制造上必須考慮采取防倒防滑措施。 ZYS960014/32型大傾角組合式液壓支架和 ZYD3400/23/45型大傾角掩護液壓支架 2324252627 為了提高工作面排頭排尾支架的整體穩(wěn)定性，通常將工作面

14、下部或上部的35架支架兩兩彼此用防倒防滑千斤頂相連，構(gòu)成排頭或排尾支架組。特別是排頭支架是工作面其他支架穩(wěn)定的基點，所以，排頭支架的穩(wěn)定至關(guān)重要。 大傾角液壓支架通常都采用由千斤頂控制的調(diào)底座裝置并采用缸徑較大（一般為80mm或100mm）的側(cè)推千斤頂以增大調(diào)架力。另外,支架的立柱上設(shè)有扶手,底座上設(shè)有臺階以便行人。28 （2）采煤機 大傾角煤層綜采工作面要求采煤機牽引力大、制動可靠、潤滑效果好?，F(xiàn)在大傾角采煤機均為無鏈牽引，有可靠的制動裝置，使采煤機停電、失壓、調(diào)速手把過零、牽引輪不同步、超速或電纜張力過大時，均能實現(xiàn)可靠的制動；為實現(xiàn)安全操作，采煤機中通常都裝有無線遙控或平巷控制臺控制。采

15、煤機搖臂潤滑采用分腔或強迫形式。目前，先進的大傾角采煤機還采用多電機橫向布置和四象限運行的變頻調(diào)速技術(shù)，運行可靠性更高。29 （3）輸送機 大傾角煤層綜采工作面刮板輸送機主要作為采煤機的軌道，又是支架前移和抑制下滑的基點，同時限制割（放）下的煤自溜。因此，要選配高強度的雙邊鏈刮板輸送機，溜槽為鑄焊型，銷軌及其連接座均為加強型，與推溜桿連接的雙耳的強度也要提高。為了克服雙邊鏈磨損嚴(yán)重且不便換鏈，王家山煤礦采用鏈條靠近溜槽幫的準(zhǔn)邊雙的刮板輸送機，收到了良好效果。 30 3 設(shè)備選型與 使用的原則 31 大傾角煤層走向長壁綜采（放）設(shè)備選型與使用應(yīng)充分考慮煤層傾角大的特殊性，以支護系統(tǒng)穩(wěn)定性和設(shè)備運

16、行可靠性為核心，應(yīng)遵循以下原則：32 (1) 優(yōu)先選用2柱掩護式支架，并要求支架防倒防滑性能可靠； (2) 支架應(yīng)具備較強的抗側(cè)向載荷性能； (3) 支架工作阻力適中，而且重量盡可能輕； (4) 因支架后部易下擺可能造成采煤機滾筒與頂梁前端干涉，故要適當(dāng)加大推溜桿長度消除這種干涉；33 (5) 增大采煤機牽引部的傳動比。這樣做雖然使采煤機最大牽引速度有所降低，但卻增大了采煤機牽引扭矩，便于采煤機向上爬坡； (6) 煤機采用遙控，最好裝配四象限運行的變頻調(diào)速器； 34 (7) 刮板輸送機采用準(zhǔn)雙邊鏈為宜； (8) 刮板輸送機應(yīng)以長推溜桿與支架底座配合的方式防滑為主，以千斤頂通過鏈條斜拉溜槽的方式

17、防滑為輔；35 3637 (9) 采煤機應(yīng)有較大的挑頂量和臥底量，以適應(yīng)煤層傾角及厚度的變化和調(diào)整支架的需要；大傾角放頂煤液壓支架還應(yīng)適當(dāng)降低采高，從而降低支架重心，有利于支架穩(wěn)定。384 大傾角煤層走向長壁 綜采（放）工作面 采煤工藝 (1) 進刀割煤 (2) 拉架推溜 (3) 放煤39 一般大傾角煤層走向長壁綜采（放）工作面如圖2所示。大傾角煤層走向長壁綜采（放）合理的采煤工藝要以操作人員安全為基礎(chǔ)，以支護系統(tǒng)穩(wěn)定為核心，具體如下。 40圖2 大傾角煤層綜采工作面布置平剖面圖刮板輸送機；液壓支架；采煤機；端頭支架；轉(zhuǎn)載機；膠帶輸送機；動力列車；排頭支架防倒防滑裝置；工作面支架防倒防滑裝置；

18、排尾支架防倒防滑裝置；輸送機防滑裝置；巷道超前支護41 (1) 進刀割煤 一般采用從工作面上端斜切不留三角煤的進刀方式，因采煤機下滾筒總是插入煤壁，阻止其下滑并可以實現(xiàn)由上向下割煤，還有利于交接班時工作面下部人員的安全。42 大傾角煤層走向長壁綜采（放）工作面一般采用從工作面上端斜切不留三角煤的進刀方式。當(dāng)煤層較軟，采用留三角煤的進刀方式防進刀段架前漏頂效果較好。43 一般由上向下單向割煤，由下向上清浮煤。這種割煤方式，采煤機牽引阻力較小，裝煤效果好，有利于防采煤機下滑，所以采用較多。但這種方式架前新暴露的頂板臨時支護時間長而且不能實現(xiàn)由下向上拉架推溜，在頂板破碎，尤其放頂煤工作面，當(dāng)煤質(zhì)松軟

19、易漏頂時，不宜采用，而宜采用由下向上的割煤方式。44 （2） 拉架推溜 采用由下向上拉架推溜，這樣有利于防支架倒滑，并且由下向上推溜可使溜子上竄，對防溜子下滑有利。拉架時要嚴(yán)格控制相鄰支架頂梁高差小于頂梁高度的三分之一，否則，易發(fā)生咬架或背架事故。 45 (3) 放煤 放煤時易出現(xiàn)支架失穩(wěn)，因此要嚴(yán)格制定放煤順序和輪次并控制放煤量，一般采用由下向上間隔多輪的方式適量放煤。若支架不失穩(wěn)時，見矸關(guān)閉放煤口，否則，應(yīng)提前關(guān)閉放煤口。若支架因由下向上放煤出現(xiàn)較大的失穩(wěn)時就要改為從上向下順序少量放煤。放煤步距一般為1.2m，若支架因放煤出現(xiàn)較大的失穩(wěn)時就要暫停放煤或增大放煤步距。465 工作面設(shè)備 防滑

20、防倒 (1)液壓支架防倒防滑 (2)輸送機防滑 (3)采煤機防滑47 當(dāng)煤層傾角大于12，工作面設(shè)備一般應(yīng)加裝防滑裝置，并采取相應(yīng)的工藝措施。 （1）液壓支架防倒防滑 從采煤工藝上應(yīng)采取的措施： 始終自工作面下部向上移架，既利于防倒防滑，有利于防采空區(qū)滾動矸石沖擊支架尾部。48 為防止新移設(shè)支架處于初撐力階段與頂?shù)装宓哪Σ亮π】赡墚a(chǎn)生下滑，應(yīng)謹(jǐn)慎采取間隔移架，并使支架保持適當(dāng)迎山角，以抵消頂板下沉?xí)r的切向位移量。 要嚴(yán)防輸送機下滑牽動支架下滑。工作面下端頭排頭支架的穩(wěn)定是穩(wěn)定中間支架的關(guān)鍵因素之一，要采取特殊支護措施，確保排頭支架的穩(wěn)定。49 煤層傾角較大時，支架一般要增設(shè)防滑裝置。防滑裝置的

21、形式較多，圖2所示為其中的一種：在靠近上下平巷處分別設(shè)基準(zhǔn)支架作為防滑和錨固用，各支架用導(dǎo)軌滑槽連在一起，互為導(dǎo)向和防滑，同時用防倒千斤頂將支架互相拉在一起，用于防倒和一旦倒架時扶架。其端頭支架一般水平裝設(shè)于上下平巷內(nèi)，必要時可用錨固裝置。大傾角支架防倒防滑裝置如圖3所示。 50圖3 大傾角支架防倒防滑裝置煤層傾角；a排尾支架組；b工作面支架；c排頭支架組上側(cè)護板；上鄰架；下鄰架；中間架；排頭架防倒斜拉千斤頂；支架前移導(dǎo)向裝置51 （2）輸送機防滑 輸送機下滑是大傾角機采面最常見的影響生產(chǎn)的嚴(yán)重問題。輸送機下滑往往牽動支架下滑，損壞連接耳銷、拉架移輸送機千斤頂和推移桿。增大電機負荷。輸送機下滑

22、的主要原因： 重力原因引起下滑，當(dāng)煤層傾角達到1218時，就有可能因自重而下滑；52 推移不當(dāng)或從工作上端開始推移次數(shù)過多； 輸送機機頭與轉(zhuǎn)載機機尾不能正常搭接，煤滯留于工作面端頭，導(dǎo)致輸送機拉回煤，或者底板沒割平或移輸送機時過多浮煤及硬矸進入底槽，導(dǎo)致底鏈與底板摩擦阻力過大，均能引起輸送機下滑。實際中，工作面刮板輸送機下滑常常是這幾種因素綜合作用的結(jié)果。53 防止輸送機下滑應(yīng)采取的措施： 防止煤、矸等進入底槽，以減小底鏈運行阻力。 工作面適當(dāng)偽仰斜，即下端頭超前上端頭，偽斜角隨煤層傾角的增加而增加。調(diào)整合適時，推移輸送機所產(chǎn)生的上竄量可抵消下滑量。一般偽斜角不宜過大，否則會造成輸送機上竄量過大而且煤壁片幫加劇。54 嚴(yán)格把握推移輸送機順序。下滑嚴(yán)重時從工作面下端開始向上移輸送機。 用單體液壓支柱頂住機頭(尾)，推移時，將先移完的機頭(尾)錨固后，用單體支柱斜支在底座下側(cè)，然后再繼續(xù)推移。55 在移輸送機時，不能同時松開機頭和機尾的錨固裝置，移完后應(yīng)立即錨固，必要時機頭(尾)架底梁上用單體液壓支柱加強錨固。 安裝防滑千斤頂：防滑千斤頂?shù)陌惭b形式多樣，圖4所示便是其中一種。56圖4 輸送機防滑裝置1底座；2-輸送機；3-防滑千斤頂；4-錨鏈57 在支架底座每隔6m安裝一個拉曳錨固千斤頂。推移