大倾角急俯斜综采设备配套及技术改造

收稿日期：2012－04－09作者简介：白书民（1961—），男，河北沙河人，高级工程师，2010年毕业于河北工程大学，现任冀中能源股份公司章村矿总工程师。

大倾角急俯斜综采设备配套及技术改造白书民（冀中能源股份有限公司章村矿，河北邢台054103）摘要：针对大倾角急俯斜煤层开展综合机械化开采的影响因素和面临的难题，通过分析工作过程中采煤机的受力状态，改进采煤机相关结构，解决了急俯斜开采时采煤机掉道、倾翻的难题；通过对刮板输送机的耐磨改造，降低了刮板输送机的磨损，保证了采煤生产连续性；通过分析大倾角急俯斜开采下工作面的支护阻力，提出液压支架支护改进措施，实现了液压支架的防倒和防滑，保证了生产安全。

关键词：大倾角；急俯斜开采；综合机械化中图分类号：TD823．21文献标志码：B文章编号：1003－0506（2012）06－0070－03大倾角急俯斜综合开采技术与一般采煤技术相比，存在以下问题：俯采推进中会导致机组掉道频繁发生，极易损坏机组限位部件；大俯角的存在导致采煤机重心下移，机组滚筒钻入煤壁，液压支架前端顶板的空顶距离增大，易发生漏顶事故；移刮板输送机时，煤壁侧低、外侧高，外侧受水平推力作用，容易导致刮板输送机槽向煤壁侧翘起，推翻局部刮板输送机槽，致使机电事故频繁发生，影响开采进度；液压支架极易前倾和歪斜，影响支护状态；俯采落煤大部分装不进刮板输送机，在采面机道堆积；工作面推进时，坡底区域地形变低，采空区积水会涌进工作面及两巷，给开采造成困难；若机组司机掌握不好割底刀卧底操作，则容易造成坡度起伏幅度增大，沿着坡度难以割平底板，工作面不能随坡度同步、均匀推进；若工作面出口煤泥淤水量大，就很可能造成出口低洼处被封堵，影响行人和通风安全，甚至淹没刮板输送机机尾电机，引发其他事故［1］。

针对以上问题，以章村矿1809工作面为研究对象，通过一系列针对性技术装备改造和开采工艺优化等手段，实现了大倾角急俯斜综合机械化顺利开采。

1工作面概况章村矿1809工作面位于18采区胶带坡西南侧，地层整体为一向斜构造，向斜轴位于工作面中部，走向近似南北。

1809工作面地质条件特殊、构造复杂，工作面范围内共有大小断层15个，最大落差达26m ，运输巷最大俯采角度达35ʎ，胶带运输巷最大俯采角度达42ʎ，为急俯斜开采。

特殊的地质条件给采面的“三机”（采煤机、输送机、液压支架）配套及巷道设备的安装、布置、使用带来了很大的困难。

2“三机”设备改造措施实现大倾角急俯斜综合机械化开采，首先要解决“三机”配套设备和相关辅助设施在工作面的滑移问题，加强现有综采设备的适用性和防倒滑能力；同时，还要解决工作面内煤炭的装运和由于顶板支护状态改变带来的顶板管理和维护等一系列问题。

因此，需要整体考虑，系统地对配套设备进行改造。

2.1采煤机改造由于急俯斜工作面地质条件特殊，造成采煤机机体歪斜，横向稳定性差。

采煤机在俯斜工作面工作时，机身和滚筒重力对位于运输机靠采空区侧的导向装置O 点产生一个转矩，而滚筒在截割中的轴向阻力和滑靴反力对O 点产生一个反转矩；同时，机身和滚筒重力沿煤层层面的合力有使采煤机滑向煤壁的趋势，这个力与导向装置、煤壁和输送机各部件的摩擦阻力相平衡（图1）。

根据采煤机受力状态可知，传统的采煤机无法适应急俯斜工作面的开采条件，必须对采煤机进行关键部件改进，以满足工作需求。

①对机组的牵引部分进行改造。

将牵引的电气系统由原来的滑差牵引改为交流变频电牵引，使系统稳定性明显增强，开机率有了较大的提高；换用功率较大的牵引电机，增加了机组的牵引力。

②对机组导向滑靴进行改造。

·07·2012年第6期中州煤炭总第198期经力学性能分析，在大角度俯采过程中，机组导向滑靴受力明显增大，需提高导向滑靴强度，对导向滑靴煤帮侧附加肋板，底部和采空区侧进行加厚，两端附加螺纹钢，从而提高导向滑靴的整体强度和耐磨性。

③对机组的平滑靴进行了加厚，降低了平滑靴的受力程度。

④将支撑板的材质改为高强度耐磨板。

这不仅增加了采煤机的稳定性，也降低了其他部件的损坏程度。

⑤将滚筒割煤与装煤方式由外旋式改为内旋式，避免了滚筒窝煤、不装煤，减少了截割阻力，对截割电机起到了有效的保护作用。

图1大俯角状态下采煤机割煤受力示意2.2输送机改进在大倾角俯采过程中，刮板输送机受力状态差，不稳定，尤其在大倾角急俯采（或仰采）时，煤帮溜槽滑道受力较大，易磨损，严重时可将滑道磨透。

此外，由于大倾角俯采时装煤效果特别差，对溜槽强度要求比正常使用时高。

针对以上特点，更换了刮板输送机机槽材质，以增加其强度；采用堆焊的方式在刮板输送机机槽滑道表面附着一层耐磨材料，增强其耐磨性，降低滑道磨损；增大推移耳厚度，防止推移耳变形扭曲；轨座销轴固定方式也由原来的弹性圆柱销固定改为挡销固定，方便受损时拆卸更换。

2.3液压支架改进1809工作面回采期间俯角分布特征如图2所示。

针对工作面俯角分布范围，在保证位置相同、倾角一致以及煤层厚度、开采技术等条件相同或相近的情况下，对不同俯角时的支架工作阻力进行分析，结果如图3所示。

由工作面俯角与支护阻力的关系可知，在其他条件相同的情况下，工作面俯角对支护阻力有显著影响，与支架阻力成反比，即工作面俯角增大时支架工作阻力明显降低。

尤其当俯角达到临界值时，俯角成为影响顶板活动规律的主要因素，大于这一角度的回采区域支架工作阻力大幅降低。

大倾角俯采推进时，与俯角较小或者水平推进相比，在上覆岩层中更容易形成砌体梁结构，直接顶承载了上覆岩层的一部分重力，缓解了支架的压力，支架支护阻力变小；同时，随着俯角的增大，支架所受的垂直应力减小，水平应力增加。

因此，支架的防倒、防滑管理问题将更加突出。

为了使支架适应大倾角急俯斜开采的特点，综合分析支架在该工作面的基本受力状况关键节点，对支架进行了一些改造。

①增大底调千斤顶活塞直径，增加千斤顶的顶推力；②顶梁、掩护梁、后连杆的活动侧护板设计为分别由3片操纵阀控制，在调架过程中，既可实现侧护板的整体动作，又可实现单独操作；③在架间支架顶梁横连千斤顶，开切眼倾角较大处每架安装1套斜拉防倒千斤顶，其他每5架安装1套（图4），防止倒架发生。

在支架的防滑措施中，重点关注机头机尾处的防滑工作。

利用顶锚系统进行防滑处理。

此外，中间支架底侧推千斤顶，防止工作面中间架下滑。

3其他技术改造在1809工作面开采之前，章村矿积极和有关单位合作，根据1809工作面地质条件，对急俯斜煤层·17·2012年第6期白书民：大倾角急俯斜综采设备配套及技术改造总第198期图4斜拉防倒装置开采矿压特征和分布规律进行分析，并采用UDEC 建模技术对采场围岩进行数值模拟［2-3］，得到较为可靠的综采工作面岩层移动及应力分布规律，为综采工作面的重点管理提供了理论指导。

积极利用新工艺，确保大倾角急俯斜综合机械化开采的顺利实践。

①由于工作面倾角、俯角较大，输送机装煤效果差，造成工作面输送机推移不到位。

针对该情况，对割煤速度进行了有效控制。

②为提高装煤效果，采用“上行割煤，下行空刀装煤”的回采新工艺。

③为尽量减小工作面的俯采角度，将工作面调成伪斜，并在俯采中实行擦顶带压移架。

④在俯采角度较大地段，为保证刮板输送机和支架能在合理的俯斜倾角内运行，采用阶梯形开采方案，降低采高到合理范围，根据每班俯采角度的大小修改刮板输送机及支架人行道下方的人工卧底量，依靠人工卧底的方法，使刮板输送机和支架始终在各自合理的俯斜角度下运行，阶梯形推进确保了俯采角度能跟上煤层倾角［4］。

4应用效果分析通过改造机械设备、改进回采工艺，在3918采区1809工作面9#煤开采中，章村矿真正实现了大倾角急俯斜综合机械化开采，且效果显著：实现了月产5万t，多回收特殊块段煤炭资源2.87万t，减少常规情况下的工作面搬家1次，减少重新布置工作面切巷1条，延长工作面服务期限3个月，增加经济效益667.91万元。

5结语综合机械化开采是一项系统工程，要重点搞好辅助系统，特别是排水和运输工作，为回采工作提供良好的安全生产条件。

大倾角急俯斜开采面临采煤机掉道、设备下滑倾翻、顶底板控制维护困难等诸多问题，对“三机”配套技术重新审视，因地制宜地进行改进、开发是非常必要的。

参考文献：［1］侯殿军．大倾角煤层开采方法概论［M］．北京：煤炭工业出版社，2009．［2］谢文兵，陈晓祥，郑百生．采矿工程问题数值模拟与分析［M］．徐州：中国矿业大学出版社，2005．［3］方伯成．大倾角工作面矿压显现分析［J］．矿山压力与顶板管理，1995（12）：26-30．［4］赵庆彪，黄献平，赵森林，等．邢台矿区煤矿开采新技术应用与发展［M］．北京：煤炭工业出版社，2000．（责任编辑：许久峰櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄）（上接第66页）支护方式改革后，工作面掘进成本直接降低了226.2万元。

从中可以看出，锚杆支护巷道维修量少，服务年限相对延长；减轻了工人劳动强度，改善了作业环境；大幅度节约了支护材料，降低了支护成本。

4结语采用锚网支护后，巷道的掘进速度得以大幅度提高。

棚架支护月进尺350 400m，锚网支护月进尺450 470m，巷道的掘进速度提高了28%。

实践证明，煤巷围岩锚固支护和传统的棚式支架（木支护和工字钢支护）相比，具有显著的优越性。

从根本上改善了支护状况，巷道变形量小，保证了矿井的安全生产。

参考文献：［1］唐建新，邓月华，涂兴东．锚网索联合支护沿空留巷顶板离层分析［J］．煤炭学报，2010（11）：1827-1831．［2］张东，苏刚，程晋孝．深井大采高综采工作面切眼联合支护技术［J］．煤炭学报，2010（11）：1883-1887．［3］高启波．锚注、锚杆、锚索联合支护技术的应用［J］．中国有色金属，2010（22）：66-67．［4］韩振鹏，夏志锋．锚杆锚索联合支护技术在煤矿井巷中的应用［J］．中州煤炭，2010（10）：94-95．［5］赵玉明．锚网喷支护技术参数优化选择［J］．中州煤炭，2010（10）：9-11．（责任编辑：秦爱新）·27·2012年第6期中州煤炭总第198期。