1、俯斜大倾角综放工作面“装备围岩”作用机制研究与示范高乃志，李金龙，甄殿平，高晓岩(中煤能源黑龙江煤化工有限公司依兰第三煤矿，黑龙江哈尔滨150000)摘要:依兰三矿首采 S101 采煤工作面是俯斜综放工作面，工作面俯采角变化较大，最大俯采角达 25。在俯采角近 25的工作面，回采工作面采煤机、刮板输送机、放顶煤支架等装备出现功能发挥不正常、条件适应性差的情况，表现为采煤机装煤困难、机身与工作面支架向煤壁倾倒、工作面故障率提高、生产能力降低。分析综放工作面装备在大倾角俯斜开采时的适应性，调整采煤、放煤工艺过程，对工作面出现的各种技术问题，增设部件、设施，提高工作面采煤机、刮板输送机、综放支架的稳
2、定性、降低故障率，使工作面装备正常发挥功能，提高综放工作面装备的适应性，对地质条件复杂的回采工作面具有理论和实际意义。关键词:大倾角;俯斜开采;综放工作面;台阶式移架中图分类号:F4063;TD823文献标识码:B文章编号:10080155(2023)02004003回采工作面沿煤层走向布置，沿倾斜方向向下推进的回采工艺即“俯采”12。依兰三矿首采 S101 工作面为综采放顶煤回采工作面，复合回采上1煤层与上2煤层，平均机采高度 30m，平均放煤高度 586m。采用倾斜长壁工作面俯斜推进的布置方式，工作面推进的俯斜角度平均 17，最大俯斜角度 25。在首采工作面回采期间，出现了滚筒装煤效果差、
3、留底煤，前部刮板输送机推漂、推翻、步距不足，采煤机机身向煤壁倾倒、销轨断裂、滑靴及行走轮损坏，支架向煤壁滑倒等现象，工作面装备不适应煤层赋存条件的剧烈变化，制约了工作面安全高效生产。1 S101 综放工作面概况S101 综放工作面为依兰三矿首采工作面，开采上1煤层和上2煤层复合层，工作面直接顶板以厚度 810m的油页岩为主，夹煤线、粉砂岩，灰黑色，层理及节理均较发育，易冒落。直接底板以 57m 的油页岩为主，夹薄层煤线、粉砂岩，灰黑色，层理及节理均较发育，较破碎，易冒落。工作 面 的 采 放 高 度 合 计 7 27 10 45m，平 均8.86m。设计 平 均 机 采 高 度 3 0m，平
4、均 放 煤 高 度5.86m，采放比为 1 195。工作面采用 MG500/1140WD 型交流电牵引采煤机，前、后部运输机各安装一套 SGZ/800/1050 型刮板运输机，工作面采用 ZFY8000/22/35 型两柱放顶煤支架，工作面设备及参数见表 1表 10。表 1MG500/1140WD 双滚筒采煤机技术参数序号技术指标技术参数1采高(m)22362供电电压(V)33003牵引速度(m/min)0891354装机功率(kW)11405摇臂摆动中心距(mm)67366适应煤层倾角357调速方式交流变频8滚筒转速(r/min)37719有效截深(m)0810滚筒直径(m)2211喷雾方式
5、内、外喷雾12机面高度(mm)156813卧底量(mm)45114过煤高度(mm)72815整机重量(T)60表 2过渡支架主要技术参数序号架型两柱掩护式过渡液压支架1型号ZFG8000/24/382支架高度24003800mm3支架宽度16501850mm4支架中心距1750mm5支架初撑力7758kN;(314MPa)6支架工作阻力8000kN;(4043MPa)7支护强度112118MPa8对底板平均比压143221MPa9采高2235m10适应煤层倾角511泵站额定压力375MPa12操作方式本架操作13支架运输尺寸:长宽高720015202300mm14支架重量32T表 3前部刮板输
6、送机技术参数序号型号SGZ800/10501电机功率2525kW2运输能力1600t/h3铺设长度224m4电压3300V04DOI:10.13487/ki.imce.023230表 4后部刮板输送机主要技术参数序号型号SGZ800/10501电机功率2525kW2运输能力1600t/h3铺设长度222m4电压3300V表 5转载机主要技术参数序号型号SZZ1000/4001电机功率400kW2运输能力2500t/h3电压3300V4链速186m/s表 6破碎机主要技术参数序号型号PCM2501电机功率250kW2破碎能力3000t/h3破碎机锤头冲击速度(锤头线速度)20m/s4传动形式减速
7、机传动表 7皮带机自移装置主要技术参数序号型号ZY27001适用带宽1400mm2推移缸行程2300mm3立缸行程250mm表 8转载机自移装置主要技术参数序号型号ZY11001调高行程250mm2推移缸行程1100mm表 9可伸缩带式输送机主要技术参数序号型号DSJ120/65/2250X1电机功率2250kW2带宽1200mm3带速28m/s4运输能力650t/h表 10乳化泵喷雾泵主要技术参数乳化液泵技术参数喷雾泵技术参数型号BW630/375(3 泵 2 箱)型号BPW500/16(2 泵 1 箱)公称压力375MPa公称压力16MPa电机功率500kW电机功率160kW公称流量630
8、L/min公称流量500L/min首采工作面采用“一采一放”的采放工艺，工作面的放煤步距为 08m。2 地质变化区预处理S101 工作面在巷道掘进过程中，穿过多处断层，巷道坡度变化较大。工作面回采时，需提前计算好工作面前方 200m 范围内的平均推进坡度。计算出工作面应保持的推进坡度，给出每刀煤拉底深度和进刀方式。工作面回风斜巷距开切眼 100150m 处揭露两个正断层，断层之间煤层呈向下凹的坡度变化，该区域煤层呈现背斜轴部地质构造，煤层边坡点附近的最大倾角达 25。为避免背斜轴部附近因煤层坡度的急剧变化，导致工作面采煤机、运输机、支架工作状态异常，从煤层边坡点前 20m 开始，采煤机卧底截割
9、，跨过背斜轴区域，如图 1 所示。图 1背斜轴区域工作面卧底截割示意图3 滚筒装煤能力分析俯斜开采，采煤机装煤需将原煤向后上方抛出，随着俯采角的增大，截割煤堆积在煤壁前，并妨碍滚筒卧底截割，造成采机割煤不到位的留底煤现象。原煤堆积、留留底煤，使刮板输送机前部、底部浮煤增多，刮板输送机不能推靠，出现刮板输送机推漂或推翻现象，影响采煤机截割深度，降低工作面有效进尺。为降低滚筒装煤阻力，提高叶片抛煤距离，改善俯斜开采滚筒装煤能力，对滚筒叶片进行如下调整:改变叶片角度，使滚筒叶片向排煤口倾斜 10;增加叶片数量，增大采煤机滚筒叶片升角，采煤机滚筒旋叶由原来的 3 片增加到 4 片。4 前刮板输送机适应
10、性分析S101 工作面随着俯采角度的增大，因煤壁前原煤堆积、采煤机割煤留底煤，前刮板输送机出现推移困难，出现刮板输送机推漂、推翻等异常，使工作面的回采无法正常进行。为改善前刮板输送机对俯斜开采的适应性，发挥设备功能，采取如下措施:恢复前刮板输送机正常位态。采煤机割煤前，在综放支架前梁设置千斤油缸，吊起刮板输送机机槽前部，刮板输送机下方垫道木或堆积原煤，调整输送机的坡度与俯采角适应，使采煤机正常截割，不留底煤，如图 2 所示。图 2恢复前刮板输送机正常位态14保持前刮板输送机的推移角度。在推移刮板输送机时，在综放支架顶梁与前刮板输送机推拉头间设置单体液压支柱，单体液压支柱与刮板输送机推拉液压油缸
11、形成 70的角度，使前刮板输送机按照俯采角推移，杜绝刮板输送机推漂、推翻。5 俯斜工作面采煤机适应性分析S101 工作面回采初期，采煤机机身发生向工作面煤壁倾斜的现象，随着俯斜角度的增大，采煤机机身倾倒的发生频率增加。俯采倾角大时，出现采煤机销轨断裂、滑靴、行走轮损坏等事故。为增加采煤机对俯斜开采条件的适应性，杜绝机身倾斜及连接构件的破坏事故，采取如下技术措施:提高导向滑靴和平板滑靴 510mm。在采煤机机身上部加装防倾倒装置，由两对连锁液压油缸和滑板组成，随着采煤机行走，滑板在煤壁侧滑行。导向滑靴侧面加厚至 85mm，提高接触面的强度和耐磨性;拐角处增加圆角，降低应力集中度。行走轮齿厚由 6
12、8mm 增大至 75mm，齿顶圆厚度加大 6mm，改善与销轨的啮合度，进行热处理，增加齿根强度，提升行走轮抗弯强度。在平滑靴底部焊接 10mm 厚耐磨层，适度抬高煤壁侧的机身，弥补俯采导致的平滑靴磨损，防止采煤机倾斜，降低导向滑靴及行走轮损坏事故率。检修班在销轨上抹黄油，减少行走滑靴与销轨的摩擦力。6 综放支架适应性分析俯斜开采工作面，支架受自重的影响，存在向煤壁下滑的趋势。随着俯采角的增大，甚至出现支架向煤壁倾倒的现象，使采煤机难以挑顶割煤;如果工作面卧底截割不充分，底板保留大量的底煤未截割，导致工作面推漂，支架顶梁进入顶板岩层中。当俯采角较大、支架前移造成顶梁上方矸石窜入支架前方时，支架升
13、架的高度不足，限制采煤机割煤挑顶的高度，导致工作面的采高降低，严重时工作面无法正常推进，如图 3 所示。图 3顶板窜矸示意图为解决上述问题，采用台阶式移架技术，即改变支架形态，使支架顶梁前端擦顶推进，移架期间顶梁坡度保持近水平状态，支架底座和前刮板输送机沿煤层坡度推进，移架时支架顶梁、掩护梁呈台阶式下降。受俯采移架期间支架形态影响，后部输送机与支架尾梁之间的高度较小，造成检修空间受限、更换单体配件困难、尾梁插板挂断溜链、卡大块等问题。因此，移架结束后和生产期间必须保证后部运输机和支架尾梁间的高度，安排专人清理架间和后部输送机铲板前的堆积物，保证后部输送机正常工作。在工作面两端出口各 4 组过渡
14、支架顶板铺设防护网，每循环铺设一片，防护网搭接长度不小于 02m，做到逢环必联，防止移架开裂;抽漏顶严重处，在金属网上安设撑木或木板梁;移架时快速、准确移架，保证金属网稳定在支架顶部，防止工作面后部的刮板输送机机头、机尾被煤(矸)掩埋。7 结论通过对 S101 工作面“三机”设备的特殊部件进行改造、采用台阶式移架、支架前梁设置油缸起吊前部刮板输送机等技术措施，提高了俯斜综放开采工作面设备的适应性，解决了装煤效果不佳、采煤机倾斜、前部刮板输送机推移、支架前倾倒架等问题。厚煤层大倾角俯斜开采工艺在依兰三矿得到了成功应用，为类似条件的工作面提供了实践经验。参考文献:1 刘福贵，吴连君，张文，等大坡度俯采综放面采煤技术及设备管理研究与实践J 煤矿现代化，2015(03):117120 2 宋选民，朱德福，王仲伦，等我国煤矿综放开采 40年:理论与技术装备研究进展J 煤炭科学技术，2021，49(03):129作者简介:高乃志(1985)，男，吉林省吉林市人，本科，高级工程师，从事井工煤矿采掘技术管理工作。24