煤礦綜采工作面過斷層區(qū)域合理調(diào)整范圍經(jīng)濟技術(shù)分析

1、綜采工作面過斷層區(qū)域合理調(diào)整范圍經(jīng)濟技術(shù)分析綜采二隊一、研究背景由于煤礦井下地質(zhì)條件復(fù)雜，綜采工作面在生產(chǎn)期間，不可避免的會受到各種地質(zhì)構(gòu)造的影響，其中最常見的地質(zhì)構(gòu)造就是斷層，斷層分布廣，形態(tài)、類型繁多，規(guī)模大小不一，它不僅改變了煤層的埋藏條件，而且會使煤層出現(xiàn)錯斷并發(fā)生顯著位移。斷層對工作面最主要的影響在于其破壞了煤層的連續(xù)完整性，導(dǎo)致工作面出現(xiàn)破巖現(xiàn)象，由于巖石硬度大，不但會增加生產(chǎn)難度，降低生產(chǎn)效率，還會加劇設(shè)備磨損程度，影響生產(chǎn)的正常進行和經(jīng)濟效益，同時為保證工作面在過斷層區(qū)域的平穩(wěn)過渡，會舍棄煤層部分區(qū)域進行調(diào)整，造成煤炭資源損失，并且由于斷層附近應(yīng)力集中、巖層較破碎，很容易出現(xiàn)冒

2、頂事故，給安全生產(chǎn)也造成了較大的影響。根據(jù)以上分析，可以看出，在過斷層期間，破巖是對工作面造成影響的主要方面，破巖范圍越大對工作面影響就越大，破巖范圍越小對工作面的影響也越小，因此想要降低斷層對工作面生產(chǎn)的影響，就需要盡可能的縮小工作面在過斷層區(qū)域的破巖范圍，所以過斷層期間，對斷層處理的基本要求是既要以盡量短的距離連接斷失煤層，控制破巖范圍，減少煤炭資源損失，又要創(chuàng)造好的生產(chǎn)條件，滿足工作面安全生產(chǎn)及設(shè)備性能需求，避免影響生產(chǎn)正常進行。二、影響破巖區(qū)域范圍因素分析要想控制過斷層時的破巖范圍，首先需要了解影響破巖范圍的各種參數(shù)，根據(jù)工作面與斷層的位置關(guān)系，按水平方向與豎直方向分別建立模型。（一）

3、水平方向影響破巖區(qū)域范圍因素在分析水平方向建立模型分析（如圖1所示），設(shè)破巖區(qū)域的水平長度為L，斷層水平斷距為m，斷層走向與工作面的夾角為，則有L=m/cos，在斷層水平斷距不變的情況下，可知L隨夾角的增大而減小。通過以上分析，不難發(fā)現(xiàn)，在水平方向上影響工作面破巖范圍的是工作面與斷層走向的夾角，當(dāng)工作面與斷層走向的夾角越大時斷層在工作面同時揭露的范圍越小，反之當(dāng)工作面與斷層走向的夾角越小時斷層在工作面同時揭露的范圍越大，因此想控制水平方向上工作面同時揭露斷層的范圍，應(yīng)盡量增大工作面與斷層走向的夾角。不過由于斷層走向的位置是固定的，想調(diào)整工作面與斷層走向的夾角，就只能通過調(diào)整工作面兩端頭推進度，

4、進而改變工作面在水平方向上的斜度來實現(xiàn)，不過由于工作面兩端頭推進度變化直接影響工作面設(shè)備上竄下滑的控制，當(dāng)工作面設(shè)備處于穩(wěn)定狀態(tài)時，一旦某一端調(diào)整過多，就會出現(xiàn)設(shè)備上竄下滑失控現(xiàn)象，影響到工作面的正常生產(chǎn)，因此只能在很小范圍內(nèi)調(diào)整，根據(jù)以往生產(chǎn)經(jīng)驗，想避免對工作面設(shè)備控制造成較大影響，一端調(diào)整量一般不能超過3m，相較于工作面180m以上的長度，這種調(diào)整量對工作面斜度的影響不足1，不但效果不明顯，還會對設(shè)備控制造成一定不良影響?；谝陨显?，本著確保工作面設(shè)備狀態(tài)良好、生產(chǎn)正常的目的，不宜采用調(diào)整兩端頭推進度的方式來控制工作面破巖范圍，應(yīng)盡量在豎直方向的調(diào)整方面采取措施。（二）豎直方向影響破巖區(qū)

5、域范圍因素通過在豎直方向建立三角模型進行分析，不難發(fā)現(xiàn)，影響工作面破巖范圍的參數(shù)有三個，一是斷層落差H，二是過斷層調(diào)整區(qū)域的傾角，另外就是過斷層調(diào)整區(qū)域開始變坡的位置。在以上三項參數(shù)中，變坡位置不同不但會影響工作面破巖區(qū)域范圍，同時會影響到過斷層區(qū)域兩側(cè)托頂煤范圍，由于工作面托頂煤后會造成支架支護強度降低，且頂煤易垮落，會造成支架接頂不實，嚴重時導(dǎo)致冒頂現(xiàn)象，安全隱患較大，因此出于頂板管理安全考慮，當(dāng)前過斷層時對托頂煤的管理規(guī)定較嚴，斷層較小時基本不允許托頂煤，斷層較大時，托頂煤范圍也不允許超過5架，因此斷層調(diào)整區(qū)域的變坡位置基本都比較固定，在此不予考慮，主要考慮前兩項參數(shù)的影響。根據(jù)模型，設(shè)

6、破巖區(qū)域長度為L，則有L=H/sin，以上參數(shù)中，斷層落差是先天決定的，無法改變，能夠人為控制的因素只有過斷層調(diào)整區(qū)域的傾角，且在斷層落差不變的情況下，工作面破巖范圍長度與調(diào)整區(qū)域的傾角為反正弦函數(shù)關(guān)系，即調(diào)整區(qū)域傾角越大破巖范圍越小，因此想要減小工作面破巖范圍長度，就需要盡量增大調(diào)整區(qū)域的傾角，不過由于調(diào)整區(qū)域的傾角增大后會對生產(chǎn)和設(shè)備穩(wěn)定性造成影響，因此調(diào)整區(qū)域的傾角也不能隨意增大，需在滿足工作面安全生產(chǎn)需要和設(shè)備性能的需求的前提下進行合理控制。三、斷層調(diào)整區(qū)域傾角控制原則（一）設(shè)備適應(yīng)條件1、斷層調(diào)整區(qū)域傾角對設(shè)備的影響：眾所周知，在傾斜面上的物體，當(dāng)斜面傾角達到一定程度時，受自身重量的

7、影響會出現(xiàn)下滑現(xiàn)象，因此當(dāng)工作面局部存在較大傾角時，勢必會對切眼內(nèi)布置的液壓支架、刮板輸送機和采煤機造成影響。（1）傾角對采煤機的影響我礦使用的采煤機為無鏈電牽引采煤機，通過采煤機行走部的行走齒輪在刮板輸送機齒軌上運行，由牽引電機進行驅(qū)動，只要牽引電機功率滿足要求，就能保證采煤機的爬坡性能，并且采煤機驅(qū)動部安設(shè)有抱閘裝置，即便工作面局部存在大傾角，只要不超過采煤機性能要求，就能保證采煤機的穩(wěn)定性，因此只要工作面斷層區(qū)域的傾角是在采煤機自身設(shè)計適應(yīng)傾角范圍內(nèi)，基本不會對采煤機造成影響。以我礦使用的MG200/500-QWD采煤機為例，該型采煤機為大傾角采煤機，適應(yīng)煤層傾角45，即調(diào)整區(qū)域傾角在4

8、5以下，該型采煤機均可滿足生產(chǎn)要求。（2）傾角對刮板輸送機的影響刮板輸送機由于各部位整體相連，整體重量大，且重心低，本身受影響的程度就小，并且其每節(jié)中部槽都與支架推拉框架相連接，在支架支撐狀態(tài)下，刮板輸送機受影響程度進一步降低，而且即便過斷層區(qū)域存在傾角，相較于刮板輸送機整體來說也僅是一小部分受到影響，這種影響完全可以被受影響區(qū)域外的部分抵消，因此刮板輸送機受工作面斷層區(qū)域傾角影響也相對較小，可以忽略。（3）傾角對液壓支架的影響工作面存在傾角時，液壓支架在正常支撐情況下，通過頂?shù)装鍓毫爸Ъ荛g的相互作用，能夠保證狀態(tài)穩(wěn)定，但在降架后的自由狀態(tài)下，由于為單臺分離操作，且重心較高，易受到影響，如工

9、作面局部傾角過大，勢必會出現(xiàn)下滑、傾倒現(xiàn)象，給安全生產(chǎn)造成較大影響，因此工作面傾角應(yīng)盡量避免支架出現(xiàn)下滑現(xiàn)象。通過建立支架自由狀態(tài)下在斜面上的受力模型，可對影響支架下滑、傾倒的情況進行分析，設(shè)底板傾角為，支架自重為N，支架在與底板平行方向上的分力為F1，支架對底板的垂直壓力為F2，支架與底板支架的摩擦系數(shù)f取0.3（根據(jù)資料，鋼與巖石的摩擦系數(shù)為0.3-0.4，為保證安全系數(shù)，此處取最小值），想要確保支架不出現(xiàn)下滑，則有:F1F2*f，即N*sinN*cos*0.3，消去同類項有sincos*0.3，即sin/cos0.3,得tan0.3，通過反三角函數(shù)可得17，即在工作面傾角不超過17的情況

10、下，支架在自由狀態(tài)下不會出現(xiàn)下滑現(xiàn)象。通過以上分析，可以看出，工作面過斷層調(diào)整區(qū)域存在傾角的情況下，采煤機、刮板輸送機受到的影響相對較小，支架受到的影響相對較大，因此為避免支架出現(xiàn)下滑、倒架現(xiàn)象，應(yīng)盡量控制過斷層區(qū)域傾角不超過17。2、其他方面對設(shè)備的影響(1)變坡過渡區(qū)對刮板輸送機的影響首先工作面過斷層期間，為過渡到斷失煤層，不可避免需對過斷層區(qū)域進行坡度調(diào)整，工作面調(diào)整坡度時，想達到預(yù)定坡度，需依靠刮板輸送機相鄰中部槽在垂直方向的連續(xù)彎曲變化來過渡實現(xiàn)，即變坡過渡區(qū)，因此考慮工作面過斷層區(qū)域?qū)伟遢斔蜋C的影響時，只需慮變坡過渡區(qū)對刮板輸送機彎曲變化的影響。并且工作面進行坡度調(diào)整時，在變坡過

11、渡區(qū)內(nèi)即會開始破巖，因此變坡過渡區(qū)過長勢必會增加工作面的破巖范圍，所以要盡量控制變坡過渡區(qū)的長度。想達到以上兩點，就需在滿足運輸機彎曲變化范圍的條件下盡量增大相鄰中部槽的彎曲變化度，使工作面在最短的范圍內(nèi)達到預(yù)定坡度。以我礦使用的SGZ730/2200型刮板輸送機為例，該型刮板輸送機垂直彎曲性能為3，即相鄰兩節(jié)中部槽接口處在垂直方向的彎曲度不大于3，因此想在不超過刮板輸送機彎曲變化能力情況下減小破巖范圍，工作面變坡過渡區(qū)應(yīng)盡量以每兩節(jié)中部槽彎曲3的幅度進行調(diào)整過渡。(2)斷層調(diào)整區(qū)域?qū)Σ擅簷C的損耗影響通過三角模型可知，設(shè)備在傾斜面上時，受自重影響，沿傾斜面向下的分力會隨傾角的增大而逐步增大，即

12、對于采煤機而言，傾角越大，其驅(qū)動部為抵消自身沿傾斜面向下的分力所做的功也越大，勢必會增加采煤機驅(qū)動部的負荷，在這種較高負荷狀態(tài)下，采煤機的工作能力會受到一定影響，而且采煤機與運輸機依靠行走齒輪和齒軌連接，驅(qū)動部的負荷最終會傳遞到齒輪和齒軌上，在相接觸的齒輪和齒軌上形成巨大的相互作用力，坡度過大情況下，會使齒輪承受巨大的載荷，易出現(xiàn)齒輪牙斷裂情況，驅(qū)動部發(fā)生故障的概率會大大增加。因此盡管采煤機的性能能夠適應(yīng)較大傾角，但是出于提高采煤機穩(wěn)定運行性、降低故障概率的考慮，斷層調(diào)整區(qū)傾角仍不宜過于接近采煤機適應(yīng)傾角上限，應(yīng)控制在適當(dāng)范圍。其次在工作面變坡過渡區(qū)域，相鄰中部槽逐節(jié)彎曲，出現(xiàn)角度差，中部槽上

13、相鄰的齒軌隨之出現(xiàn)角度差，會對行走齒輪與齒軌的嚙合造成影響，特別是在相鄰齒軌連接位置處，會造成齒軌卡絆齒輪現(xiàn)象，在嚙合面產(chǎn)生巨大的側(cè)向壓力，容易發(fā)生卡斷齒輪牙的現(xiàn)象，特別是采煤機前后行走部同時處于變坡過渡區(qū)域時，由于前后行走齒輪同時受力，且方向相反，受力倍增，會大大增加行走齒輪損壞的幾率，因此為盡可能降低采煤機損壞幾率，應(yīng)盡量避免采煤機前后行走部同時處于變坡過渡區(qū)，想要達到上述效果，就必須確保斷層調(diào)整區(qū)域的坡長大于采煤機兩行走部的中心距，根據(jù)MG200/500采煤機參數(shù)，可知采煤機兩行走部中心距約為5.6m，而中部槽長度為1.5m，由此可得斷層調(diào)整區(qū)域長度至少需保證不低于4節(jié)中部槽的長度，即斷

14、層調(diào)整區(qū)域長度至少應(yīng)保證不低于6m，方可避免采煤機兩行走部同時處于變坡過渡區(qū)。設(shè)斷層調(diào)整區(qū)長度為L，斷層落差為H，過斷層區(qū)域傾角為，根據(jù)上述結(jié)論可得調(diào)整區(qū)域坡度與斷層落差的關(guān)系：L6m，即H/sin6m，sinH/6，arcsin(H/6)由此公示可知，sin越接近H/6，則值越大，即sin=H/6時，既可避免采煤機兩行走部同時處于變坡過渡區(qū)，又可保證傾角最大，破巖范圍最小。（二）相關(guān)法律法規(guī)規(guī)定煤礦安全規(guī)程第六十七條規(guī)定：綜采工作面傾角大于15時，液壓支架必須采取防倒、防滑措施。傾角大于25時，必須有防止煤（矸）竄出刮板輸送機傷人的措施。根據(jù)上述規(guī)定，說明傾角大于15時，支架就有下滑、傾倒的

15、危險，此范圍與前文中計算的傾角范圍（大于17）也基本相符；同時傾角大于25時，刮板輸送機的煤（矸）就有竄出的危險。在以上兩項中，支架的防倒、防滑比較好管理，即使傾角超過15，也可采取增加防滑千斤頂?shù)姆椒ㄕ{(diào)整，或在拉架時采用帶壓擦頂移架的方式，利用支架間相互作用力進行調(diào)整，對安全的影響也較小。而當(dāng)傾角超過25時，刮板輸送機防竄矸管理則比較難，需增加防竄矸設(shè)施，不但會影響工作面的正常生產(chǎn)，而且管理不到位時極易出現(xiàn)安全事故，同時傾角大于25時，對支架、采煤機等設(shè)備的管理難度進一步加大，發(fā)生故障的概率增加，因此基于工作面生產(chǎn)安全及設(shè)備運行穩(wěn)定的考慮，應(yīng)控制工作面斷層區(qū)域傾角不超過25。四、結(jié)論根據(jù)前文分析，對斷層調(diào)整區(qū)域的傾角有以下結(jié)論：1、想要減小工作面破巖范圍長度，降低煤炭資源損失，就需要盡量增大過斷層調(diào)整區(qū)域的傾角。2、為避免采煤機兩行走部同時處于變坡過渡區(qū)，降低采煤