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。”大傾角煤層概念的上、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(gè)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(dú)的一類(次急傾斜煤層和大傾斜煤層)，是有一定合理性及實(shí)用價(jià)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(jìn)步，綜合機(jī)械化開采的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)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(shí)，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(jī)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(jìn)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(shí)際應(yīng)用價(jià)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(jī)械化技術(shù)比較成熟，有綠水洞的經(jīng)驗(yàn)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(jī)械化開采的方法進(jìn)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(jìn)量大，工作面設(shè)備要適應(yīng)小工作面開采特點(diǎn)。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(jī)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(jī)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(shí)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(jī)、液壓支架、采面刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)輸巷膠帶機(jī)和上（下）山膠帶機(jī)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(jī)的開機(jī)率，從而影響工作面單產(chǎn)和一系列技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jī)性事件，充分認(rèn)識和掌握這些隨機(jī)事件的分布規(guī)律，減少各設(shè)備的故障時(shí)問，提高采煤機(jī)的有效工作時(shí)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(shí)驗(yàn)和理論研究，已經(jīng)取得了大量的研究成果，其理論與實(shí)驗(yàn)方面的研究都已比較成熟，并在生產(chǎn)實(shí)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(gè)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(shí)，中部部分充填，上部懸空）

9、，走向長壁開采時(shí)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(shí)，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(hù)系統(tǒng)所受的工作載荷變小，而引起支護(hù)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(gè)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(shí)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(yùn)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(yuǎn)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(dá)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(jìn)，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(jī)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(jī)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(jī)橫向布置、制動可靠的新型采煤機(jī)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(diǎn) （1）液壓支架 （2）采煤機(jī) （3）輸送機(jī)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(yùn)行要可靠，而且操作要靈活。液壓支架、采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的具體特點(diǎn)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(shí)，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(shí)，從設(shè)計(jì)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(hù)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(diǎn)，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(jī) 大傾角煤層綜采工作面要求采煤機(jī)牽引力大、制動可靠、潤滑效果好。現(xiàn)在大傾角采煤機(jī)均為無鏈牽引，有可靠的制動裝置，使采煤機(jī)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(shí)，均能實(shí)現(xiàn)可靠的制動；為實(shí)現(xiàn)安全操作，采煤機(jī)中通常都裝有無線遙控或平巷控制臺控制。采

15、煤機(jī)搖臂潤滑采用分腔或強(qiáng)迫形式。目前，先進(jìn)的大傾角采煤機(jī)還采用多電機(jī)橫向布置和四象限運(yùn)行的變頻調(diào)速技術(shù)，運(yùn)行可靠性更高。29 （3）輸送機(jī) 大傾角煤層綜采工作面刮板輸送機(jī)主要作為采煤機(jī)的軌道，又是支架前移和抑制下滑的基點(diǎn)，同時(shí)限制割（放）下的煤自溜。因此，要選配高強(qiáng)度的雙邊鏈刮板輸送機(jī)，溜槽為鑄焊型，銷軌及其連接座均為加強(qiáng)型，與推溜桿連接的雙耳的強(qiáng)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(jī)，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(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性和設(shè)備運(yùn)

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(hù)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(qiáng)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(jī)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(jī)牽引部的傳動比。這樣做雖然使采煤機(jī)最大牽引速度有所降低，但卻增大了采煤機(jī)牽引扭矩，便于采煤機(jī)向上爬坡； (6) 煤機(jī)采用遙控，最好裝配四象限運(yùn)行的變頻調(diào)速器； 34 (7) 刮板輸送機(jī)采用準(zhǔn)雙邊鏈為宜； (8) 刮板輸送機(jī)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(jī)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(jìn)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(hù)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(jī)；液壓支架；采煤機(jī)；端頭支架；轉(zhuǎn)載機(jī)；膠帶輸送機(jī)；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(jī)防滑裝置；巷道超前支護(hù)41 (1) 進(jìn)刀割煤 一般采用從工作面上端斜切不留三角煤的進(jìn)刀方式，因采煤機(jī)下滾筒總是插入煤壁，阻止其下滑并可以實(shí)現(xiàn)由上向下割煤，還有利于交接班時(shí)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(jìn)刀方式。當(dāng)煤層較軟，采用留三角煤的進(jìn)刀方式防進(jìn)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(jī)牽引阻力較小，裝煤效果好，有利于防采煤機(jī)下滑，所以采用較多。但這種方式架前新暴露的頂板臨時(shí)支護(hù)時(shí)間長而且不能實(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(jī)防滑 (3)采煤機(jī)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(jī)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(hù)措施，確保排頭支架的穩(wěn)定。49 煤層傾角較大時(shí)，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(shí)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(shí)扶架。其端頭支架一般水平裝設(shè)于上下平巷內(nèi)，必要時(shí)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(hù)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(jī)防滑 輸送機(jī)下滑是大傾角機(jī)采面最常見的影響生產(chǎn)的嚴(yán)重問題。輸送機(jī)下滑往往牽動支架下滑，損壞連接耳銷、拉架移輸送機(jī)千斤頂和推移桿。增大電機(jī)負(fù)荷。輸送機(jī)下滑

22、的主要原因： 重力原因引起下滑，當(dāng)煤層傾角達(dá)到1218時(shí)，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(jī)機(jī)頭與轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾不能正常搭接，煤滯留于工作面端頭，導(dǎo)致輸送機(jī)拉回煤，或者底板沒割平或移輸送機(jī)時(shí)過多浮煤及硬矸進(jìn)入底槽，導(dǎo)致底鏈與底板摩擦阻力過大，均能引起輸送機(jī)下滑。實(shí)際中，工作面刮板輸送機(jī)下滑常常是這幾種因素綜合作用的結(jié)果。53 防止輸送機(jī)下滑應(yīng)采取的措施： 防止煤、矸等進(jìn)入底槽，以減小底鏈運(yùn)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(shí)，推移輸送機(jī)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(jī)上竄量過大而且煤壁片幫加劇。54 嚴(yán)格把握推移輸送機(jī)順序。下滑嚴(yán)重時(shí)從工作面下端開始向上移輸送機(jī)。 用單體液壓支柱頂住機(jī)頭(尾)，推移時(shí)，將先移完的機(jī)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(jī)時(shí)，不能同時(shí)松開機(jī)頭和機(jī)尾的錨固裝置，移完后應(yīng)立即錨固，必要時(shí)機(jī)頭(尾)架底梁上用單體液壓支柱加強(qiáng)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(jī)防滑裝置1底座；2-輸送機(jī)；3-防滑千斤頂；4-錨鏈57 在支架底座每隔6m安裝一個(gè)拉曳錨固千斤頂。推移