大倾角仰斜综采工艺的应用
2022-06-09
1煤矿井下大倾角作业面的特点分析
通常情况下，将煤矿井下倾斜角在30-55度的煤层称之为大倾角煤层，其典型特征为煤层倾角超过冒落矸石及煤的自然安息角，且伴随滑动、失稳等现象。大倾角作业面的特点可概括为以下几个方面：其一，大倾角作业面上的液压支架在自由状态下很难保持良好的平衡性，其一般都会处于失稳的状态，倾角越大支架就越容易出现倾倒的现象。其二，如果顶梁受到邻近支架的约束时，还有可能出现向上倒架的现象，此时想要移动或是调整支架都非常困难。其三，当作业面出现压力时，由于顶板和底板的不规则运动，也容易产生失稳或是倒架的现象，还有可能出现非正常的工作状态。其四，在大倾角作业面的下排头支架全部是凭借人力进行调整及防护，这在一定程度上增大了管理难度。其五，大倾角作业面上的输送机下滑情况非常严重，尤其是放顶煤作业面后部的输送机会发生严重的下窜现象，此时输送机向前移动非常困难。其六，当大倾角作业面的倾角大于煤层的安息角时，采落的煤会出现自由下滚的现象，这样一来极有可能越过输送机的挡煤板滚入到支架的人行通道上，会对矿工的人身安全构成一定威胁。
2大倾角作业面开采面临的问题
在对煤矿井下大倾角作业面进行开采的过程中，常常会遇到以下问题：其一，作业面顶板控制难度较大。从物理力学的角度上讲，大倾角作业面顶板在本身自重的作用下，不但会出现沿作业面倾向的分力，而且还会出现向采空区方向的分力，该分力会随着仰采角度的增大而增大，这样一来便容易造成作业面的顶板断裂冒落；其二，作业面的煤壁容易出现片帮。通常情况下，煤层的仰采角度越大，作业面运输机每推进一个循环步距，其里沿与外沿之间便会出现一个高差，而随着高差的出现一方面会导致垫运输机外沿的工作量增大，另一方面因为受液压支架推移杆与运输机连接方式的限制，垫运输机外沿的高度都无法满足工作要求，从而导致采煤机割煤之后，煤壁上会形成一向采空区方向的俯角，在煤壁自重力的作用下很容易造成片帮；其三，控顶区内架间的浮煤增多，清理工作量增大。在大倾角作业面上，因为煤壁本身无法达到铅垂，加之存在一向采空区方向的俯角，而且采高较高，采煤机在落煤的过程中。煤炭非常容易抛落大控顶区内，由此便会使清理浮煤的工作量增大；其四，支架迁移的困难程度较大。在对支架进行迁移时，由于仰采角相对较大，在相同泵站压力的作用下，水平方面上的拉力会有所减小，这样一来便会导致支架迁移困难，会影响采掘作业效率。
3仰斜综采工艺在煤矿井下大倾角作业面的应用研究
3.1仰斜综采工艺要点
（1）割煤。采用仰斜综采工艺对大倾角作业面进行开采时，割煤是较为重要的环节之一，其直接关系到开采效率。通常情况下，割煤的进刀方式可以选用端部斜切，正常割煤时，采煤机的前滚筒割顶煤、后滚筒则割底煤，应对采高进行严格控制，尽可能做到不割底板、不留顶煤。如果顶煤与煤壁之间的条件相对较差时，司机应当按照实际情况对采高进行适当调整，借此来维护顶板，确保采煤安全进行。
（2）推溜。在开采过程中，推溜通常滞后采煤机后滚筒5-10m左右进行，推移机头和机尾时，应当与作业面中部槽8-10m段进行整体推移，而中部槽则可采取逐节推移的方式，当推溜到位之后，必须确保溜子平直，且弯曲段的距离不得少于30m。
（3）清煤。清煤一般可滞后于推溜10-15m左右，应当将溜槽到支架底座周围与支架内的全部浮煤都装入到溜子当中，在此过程中，不得将煤清入支架内。
（4）移动支架。在正常向前推进的前提下，移动支架一般滞后于推溜10-15m左右，并采取超前移架支护顶板的方式。若是煤壁片帮相对较深或是顶板出现破碎的情况时，采煤机在完成割煤之后，必须及时打出伸缩梁，以此来防止片帮，维护顶板。通常情况下，当采煤机割煤的速度较快，或是顶板破碎、片帮较宽时，可由两名操作工进行同时操作，追机超前移架。此外，当作业面支架移动就位之后，应确保其成直线，支架必须平正、竖直，不得存在挤、咬等现象，同时还应对顶板衔接良好，初始支撑力应当达到相关规定要求。
3.2仰斜综采技术措施
（1）防止倒架的技术措施。倒架是仰斜综采工艺中最为常见的问题之一，针对这一问题，可以采取以下技术措施：
①在进行拉架时，可以先打开移架千斤顶的控制阀，然后在对支架进行适度的降架卸载，以此来确保支架擦顶前移时立柱的实际残余支撑力能够满足移架时支架不下滑倾倒的条件要求，同时必须一次、快速地将支架移动到位。
②应当进一步增强操作和管理支架的水平以及综采工艺水平，同时还应当严格防止采高超高的情况发生，为了确保有效支护，应当及时对支架进行维修。此外，应当合理应用防倒防滑装置，并确保移架顺序正确无误。
③在实际开采过程中，应当对支架进行及时调整，一旦发现支架有轻微倾斜的现象时，可以采用侧护板对其进行调整，若是倾斜比较严重时，应当采用木支柱式单体柱对其进行调整。
④要对采高进行严格控制，并适当加快推进速度。实质上对采高进行控制就是对支架高度进行控制。通常情况下，超高开采不但会使支架的横向稳定性降低，而且还容易造成移架和推溜的难度增大。为此，应当在不降低作业面回采率的前提下，对采高进行严格控制，借此来提高支架的稳定性，避免支架间出现挤、咬等现象。而通过加快作业面的推进速度能够减轻直接顶断块对支架的作用，这有利于提高支架的横向稳定性。
通常情况下，将煤矿井下倾斜角在30-55度的煤层称之为大倾角煤层，其典型特征为煤层倾角超过冒落矸石及煤的自然安息角，且伴随滑动、失稳等现象。大倾角作业面的特点可概括为以下几个方面：其一，大倾角作业面上的液压支架在自由状态下很难保持良好的平衡性，其一般都会处于失稳的状态，倾角越大支架就越容易出现倾倒的现象。其二，如果顶梁受到邻近支架的约束时，还有可能出现向上倒架的现象，此时想要移动或是调整支架都非常困难。其三，当作业面出现压力时，由于顶板和底板的不规则运动，也容易产生失稳或是倒架的现象，还有可能出现非正常的工作状态。其四，在大倾角作业面的下排头支架全部是凭借人力进行调整及防护，这在一定程度上增大了管理难度。其五，大倾角作业面上的输送机下滑情况非常严重，尤其是放顶煤作业面后部的输送机会发生严重的下窜现象，此时输送机向前移动非常困难。其六，当大倾角作业面的倾角大于煤层的安息角时，采落的煤会出现自由下滚的现象，这样一来极有可能越过输送机的挡煤板滚入到支架的人行通道上，会对矿工的人身安全构成一定威胁。
2大倾角作业面开采面临的问题
在对煤矿井下大倾角作业面进行开采的过程中，常常会遇到以下问题：其一，作业面顶板控制难度较大。从物理力学的角度上讲，大倾角作业面顶板在本身自重的作用下，不但会出现沿作业面倾向的分力，而且还会出现向采空区方向的分力，该分力会随着仰采角度的增大而增大，这样一来便容易造成作业面的顶板断裂冒落；其二，作业面的煤壁容易出现片帮。通常情况下，煤层的仰采角度越大，作业面运输机每推进一个循环步距，其里沿与外沿之间便会出现一个高差，而随着高差的出现一方面会导致垫运输机外沿的工作量增大，另一方面因为受液压支架推移杆与运输机连接方式的限制，垫运输机外沿的高度都无法满足工作要求，从而导致采煤机割煤之后，煤壁上会形成一向采空区方向的俯角，在煤壁自重力的作用下很容易造成片帮；其三，控顶区内架间的浮煤增多，清理工作量增大。在大倾角作业面上，因为煤壁本身无法达到铅垂，加之存在一向采空区方向的俯角，而且采高较高，采煤机在落煤的过程中。煤炭非常容易抛落大控顶区内，由此便会使清理浮煤的工作量增大；其四，支架迁移的困难程度较大。在对支架进行迁移时，由于仰采角相对较大，在相同泵站压力的作用下，水平方面上的拉力会有所减小，这样一来便会导致支架迁移困难，会影响采掘作业效率。
3仰斜综采工艺在煤矿井下大倾角作业面的应用研究
3.1仰斜综采工艺要点
（1）割煤。采用仰斜综采工艺对大倾角作业面进行开采时，割煤是较为重要的环节之一，其直接关系到开采效率。通常情况下，割煤的进刀方式可以选用端部斜切，正常割煤时，采煤机的前滚筒割顶煤、后滚筒则割底煤，应对采高进行严格控制，尽可能做到不割底板、不留顶煤。如果顶煤与煤壁之间的条件相对较差时，司机应当按照实际情况对采高进行适当调整，借此来维护顶板，确保采煤安全进行。
（2）推溜。在开采过程中，推溜通常滞后采煤机后滚筒5-10m左右进行，推移机头和机尾时，应当与作业面中部槽8-10m段进行整体推移，而中部槽则可采取逐节推移的方式，当推溜到位之后，必须确保溜子平直，且弯曲段的距离不得少于30m。
（3）清煤。清煤一般可滞后于推溜10-15m左右，应当将溜槽到支架底座周围与支架内的全部浮煤都装入到溜子当中，在此过程中，不得将煤清入支架内。
（4）移动支架。在正常向前推进的前提下，移动支架一般滞后于推溜10-15m左右，并采取超前移架支护顶板的方式。若是煤壁片帮相对较深或是顶板出现破碎的情况时，采煤机在完成割煤之后，必须及时打出伸缩梁，以此来防止片帮，维护顶板。通常情况下，当采煤机割煤的速度较快，或是顶板破碎、片帮较宽时，可由两名操作工进行同时操作，追机超前移架。此外，当作业面支架移动就位之后，应确保其成直线，支架必须平正、竖直，不得存在挤、咬等现象，同时还应对顶板衔接良好，初始支撑力应当达到相关规定要求。
3.2仰斜综采技术措施
（1）防止倒架的技术措施。倒架是仰斜综采工艺中最为常见的问题之一，针对这一问题，可以采取以下技术措施：
①在进行拉架时，可以先打开移架千斤顶的控制阀，然后在对支架进行适度的降架卸载，以此来确保支架擦顶前移时立柱的实际残余支撑力能够满足移架时支架不下滑倾倒的条件要求，同时必须一次、快速地将支架移动到位。
②应当进一步增强操作和管理支架的水平以及综采工艺水平，同时还应当严格防止采高超高的情况发生，为了确保有效支护，应当及时对支架进行维修。此外，应当合理应用防倒防滑装置，并确保移架顺序正确无误。
③在实际开采过程中，应当对支架进行及时调整，一旦发现支架有轻微倾斜的现象时，可以采用侧护板对其进行调整，若是倾斜比较严重时，应当采用木支柱式单体柱对其进行调整。
④要对采高进行严格控制，并适当加快推进速度。实质上对采高进行控制就是对支架高度进行控制。通常情况下，超高开采不但会使支架的横向稳定性降低，而且还容易造成移架和推溜的难度增大。为此，应当在不降低作业面回采率的前提下，对采高进行严格控制，借此来提高支架的稳定性，避免支架间出现挤、咬等现象。而通过加快作业面的推进速度能够减轻直接顶断块对支架的作用，这有利于提高支架的横向稳定性。