大倾角煤炭怎样开采【大倾角俯斜开采实践】

　　摘要 本文主要从大倾角俯斜开采安全生产技术管理，大倾角俯斜开采的“一通三防”防火技术管理，大倾角俯斜开采所创造的经济效益和社会效益等三个方面进行了论述。本文主要是总结大倾角俯斜开采的生产实际经验，为今后类似条件下工作面开采提供理论依据和生产实践指导，从而创造更大的经济效益和社会效益。
　　关键词 大倾角；俯斜开采；综放工作面；安全技术管理；“一通三防”
　　中图分类号TD82 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）34-0109-03
　　0 引言
　　兴阜煤矿原海州立井工业广场保护煤柱，煤层走向短，倾斜长，为了最大限度地回收煤炭资源、减少开拓工程量、降低掘进率，使经济、技术上达到科学合理，把太上煤层沿走向布置四个综放工作面，沿倾斜方向俯斜开采。2312、2313综放工作面相继获得成功开采，尤其是2313工作面在首采面2312工作面开采获得成功，积累宝贵经验的基础上，进一步改革完善了安全生产技术管理和现场管理制度，确保了2313综放工作面采出更加安全顺利，为企业创造了很好的经济效益，也为兴阜煤矿周边地区的人民创造了极大的社会效益。
　　1 矿井概况
　　兴阜煤矿年设计生产能力150万t，通风方式为中央边界式，主提升为大倾角皮带提升，一吨矿车辅助运输；开拓方式为斜井立井联合多水平、下山区开拓。主采层为太平上层群和太平下层群。
　　2 工作面概况
　　2313综放工作面开采煤层为太上层群的太上一、二分层，合层开采，其煤岩产状为走向70°左右，倾向SE，倾角在17°~25°之间，煤平均倾角21°，煤层合层厚度10.2m~11.8m，平均厚度11m；工作面走向长157m（上段61m），可采倾向长度470m，可采储量61.4万t。工作面基本顶为砂岩，厚度80m~100m，直接顶多为复合型顶板，砂质泥岩厚度0.3m~3.0m，节理较发育，硬度较低，无伪顶；直接底为砂质页岩（二、三分层夹石）厚度2.44m，较松软，老底为坚硬的白砂岩。
　　3 工作面开采的安全技术管理
　　3.1 工作面安装
　　由于采区布置方式为倾斜长壁式，运顺、回顺倾斜坡度平均在21°左右，给液压支架调运、安装增加了很大困难，为此我们在工作面回顺掘送期间，在距切眼40m范围内，开始局部留底使回顺上端形成一个5m左右的作业平台，来保证支架正常调运安装。另外巷道坡度大，液压支架组装硐室不能布置在两顺巷道内，为此我们将组装硐室布置在工作面下方的采区-400材料道内，这样又给安装工程提出了新的课题：首先，液压支架需整体调运，支架自重较大（20.5t），现有提升设备难以满足要求，调运所使用的JDHB-30/3.5型绞车允许最大坡度为+25°的巷道中，根据《煤矿安全规程》规定，最重仅能提升19t，为解决此问题，我们将液压支架前梁在组装硐室先不组装，分组调运至工作面进行组装，这无疑增加了工作面安装的工程量；其次是提升速度慢：JDHB-30/3.5型绞车绳速为0.126m/s（慢速），提拉时间大约需要60min，为解决这一矛盾，笔者采用3台绞车协调调运的方法，满足了安装需要：即2台JDHB-30/3.5型绞车分段提升整体支架，1台JYB-60×1.25（90kW）型绞车负责提升前梁及转载机、破碎机等零散小件，从而解决了以上难题。
　　3.2 大倾角俯采割煤特征及采煤机部分构件改造
　　在俯采工作面中，由于前部运输机和采煤机均处于大倾斜状态，使采煤机滚筒装煤效果较差，运输机煤壁侧留有大量余煤，造成采煤机多次往返扫货、前部运输机推移困难。
　　另外，采煤机在俯斜倾角较大的工作面中，机身在向煤壁倾斜的同时，也会造成采煤机漏油、主泵吸空、掉道等现象，严重影响机械的正常运转，制约工作面正常生产。为弥补这些弊端，保证采煤机正常运转，经现场研究分析后，对部分构件做了如下的加工和改造，在生产实际过程中，取得了良好的效果。
　　1）改变滚筒旋叶
　　在采煤机正常割煤过程中，后滚筒负责装煤，由于俯斜开采，散落的煤体自然向煤壁侧堆积，单滚筒装煤率只有50%~60%左右，为解决此问题，最初将双向割煤方式改变为单向割煤，这样虽然增加了装煤率，却影响了工作面推进度，后来经过研究分析后，将采煤机原滚筒由4旋叶改为3旋叶，增大了叶片摆角，从而提高了装煤率，解决了此问题。
　　2）采煤机上盖注油孔改造
　　对原有注油孔进行了挪位，使之向操作侧偏移，有效地防止了由于机身倾斜过大，造成的采煤机漏油的现象。
　　3）采煤机过滤器改造
　　正常情况下，采煤机过滤器设置在牵引部的操作侧，能保证采煤机在俯角小于8°的条件下正常工作，但在大倾角俯采时，牵引部的油脂受重力的作用集中在煤壁侧，造成过滤器不能正常吸油，采煤机主泵无法正常工作。经研究分析后，对过滤器进行改进，将原过滤器由固定式改为移动式（将原过滤器用火焊切割，封闭后，配上进、回液高压胶管）过滤器，从而解决了吸油不正常问题，并减少了油池内油量、降低了油温。
　　4）采煤机调高千斤顶操作系统改造
　　由于俯采倾角较大，采煤机调高千斤顶采用油液压操作故障频繁，而且换千斤顶时，困难较大，经过现场实际研究，我们将调高千斤顶由油液压按扭操作改造为由乳化液泵加压加设片阀组操作，大大降低了调高系统故障率，使调高千斤顶更换次数大幅降低。
　　3.3 大倾角俯采移架特征及其解决方法
　　工作面采用本架操作，及时支护顶板，移架方式为擦顶带压移架。大倾角俯采条件下支架移架与其它条件下移架相比要方便得多。在大倾角俯采条件下沿工作面推进方向由其自重产生一个下滑力，支架后侧采空区对支架产生一个沿俯斜方向的推力与移架时支架推拉千斤顶的拉力共同克服移架的摩擦阻力，从而使工作面移架更方便；但存在支架和尾溜自滑的问题，因此我们采取了如下改进措施：
　　1）防止支架自滑：由于煤层倾角较大，支架的稳定性差，支架的重心前移，易导致支架沿俯斜方向自滑。为此在液压支架的推拉千斤顶上安设双向锁，有效地防止支架下滑；
　　2）防止尾溜自滑：由于俯斜开采俯角大，尾溜易于自动滑向支架，因此我们在支架尾部安设上控制尾溜滑向支架的可调控千斤顶，有效地控制住了尾溜自滑。
　　3.4 后部运输机溢货的解决方法
　　由于俯斜开采，后部运输机倾斜，顶煤自重的分力指向工作面，冒落的煤炭沿重力方向大量堆积，从后部运输机的挡煤板上向外溢出。为此最初将后部运输机前侧垫起，使其尽可能的保持水平状态，但后来发现后部运输机易飘起，移架时经常刮、卡运输机挡煤板；然后采取了最大限度的增加挡煤板高度，减少溢货，但现场发现采高一旦降低或来压期间就会造成支架尾梁和运输机加高板之间高度不够，极易卡块堵货，压坏挡煤板，最后我们将后部运输机挡煤板加高150mm，并将挡煤板与尾溜C型槽夹角由90°改为75°，从而有效的解决了尾溜溢货问题。
　　3.5 工作面供电
　　由于工作面运顺巷道坡度大，平均坡度为21°，随着工作面的推进，造成串车移动困难。经计算和试验，采取将串车设在距工作面780m处的-400集中皮带道内，选用MCP系列多芯带控制线电缆向工作面及顺槽设备供电。工作面及运顺作业人员通过远控操作按钮来启动和停止设备，从而解决了串车移动困难的问题。
　　3.6 运顺运煤使用刮板运输机
　　由于工作面运顺巷道坡度大，运顺不能使用皮带机进行运煤，经分析研究后，决定运顺使用SGW-150C型刮板运输机6台，共计600m，进行运煤，在最后一台运输机机尾设置自制滑行架与转载机搭接，从而解决了运顺运煤问题。
　　3.7 开采顶板管理
　　1）保持液压系统完好，提高系统压力，及时更换各种密封，减少跑、冒、滴、漏液现象，保证压力水质量，采取多级过滤，及时检测乳化液浓度，使乳化液配比达到3%；
　　2）克服人为操作影响，提高支架初撑力，保证乳化液泵压力≥30MPa；支架升柱到位后要做到持续供液3s~5s，使支架初撑压力得到提高；
　　3）根据周期来压步距及时调整支架高度，防止死架现象发生；
　　4）工作面顶板，采取铺网、挑料、片帮超前移架控制顶板；
　　5）顶板完整、坚硬时，采取垂直顶板（架间的前梁、顶梁交接点处）打孔深2.0m~2.5m的卸压炮孔，卸压炮孔间距1.5m，排距0.6m~1.2m，每孔装药450g；炮眼剩余段用黄泥封满封实，每循环割煤移架前分段放卸压炮，从而缩小悬顶面积，降低支架顶板载荷压力。
　　3.8 工作面撤出
　　由于工作面俯采坡度平均在21°左右，使液压支架处于大俯斜状态，支架无法正常撤出，因此在停采前对工作面调整开采俯角，使工作面定位前10m俯采倾度达到-10°（含支架坡度），并对支架底座箱前侧进行拉底，铺设近似水平轨道。
　　4 工作面开采的“一通三防”防火技术管理及措施
　　1）开切眼开帮前、后，均匀地洒卤粉，边洒卤粉边用带喷头的水管洒水融化卤粉，洒水均匀，防止形成水线冲走卤粉；
　　2）两顺打防火注水孔，孔内下好注水管和检测束管，并实施注白泥或阻化剂溶液，同时监测CO及温度；
　　3）对两顺与相邻巷道有立体交叉关系的部位进行喷浆封闭，并保留注水孔；
　　4）工作面下端设注氮拖管2条，两拖管老塘内管口距离为15m，与下端头支架相连接随着工作面的推进，注氮托管同时随端头支架向前移动，连续向采面老塘注入氮气；
　　5）对上下隅角注三相泡沫 在工作面上、下隅角每隔15m下设一条Φ54mm注三相泡沫高顶管，待高顶管埋入采空区5m后开始注三相泡沫；
　　6）工作面每移两遍支架后，要在上、下隅角老塘侧各砌筑一道丝袋闭，丝袋闭必须保证严密不漏风，同时下隅角要迎好挡风帘。两丝袋闭间距不得超过1.2m；
　　7）工作面要保证足够的推进度，月进度不少于40m，同时上下三台支架顶板铺好彩条布，以减少采空区漏风，工作面上下3台支架不许放货；
　　8）保证工作面上下缺口有足够的通风断面。
　　5 大倾角俯斜工作面开采所创造的经济、社会效益
　　5.1 经济效益
　　1）2312工作面采出煤炭84万t，2313工作面采出煤炭68万t，回采率均在91%以上，两面累计采出煤量152万t，企业盈利1.2亿元；
　　2）现工业广场煤柱剩余可采储量320万t，均采取大倾角俯斜开采，企业可盈利2.5亿元。
　　5.2 社会效益
　　兴阜煤矿2008年开采2312和2313工作面，员工人均收入提高18%，使每名员工安居乐业、家庭和谐，为社会稳定做出了贡献。
　　6 同等煤层俯斜开采与走向开采方法的优、缺点比较
　　6.1 优点
　　1）易于工作面移架、收尾溜、推转载机；
　　2）不易片帮；
　　3）煤炭回采率高；
　　4）由于俯斜开采，利于工作面防治水管理，对下层群开采不留水患；
　　5）采空区易于注氮，利于工作面防火管理。
　　6.2 缺点
　　1）运顺、回顺巷道坡度大，给运输、行人带来很多困难；
　　2）综放设备不能正常运行，必须采取可行性的技术改造；
　　3）推前溜较困难。
　　7 结论
　　2312综放工作面于2007年10月1日正式开采，2008年6月15日采终，历时8个半月，累计采出煤量84万吨，回采率达到91%；2313综放工作面于2008年6月16日正式开采，2008年12月20日采终，历时6个月，累计回采煤量68万t，回采率达到91%以上。两面累计采出煤量152万t。工作面开采后，最大坡度为25°，在阜新矿区尚属首例。由于技术措施得力，现场管理严格，使大倾角俯斜开采取得了圆满成功，最高月产达13万t，月最高推进度达75m，平均月推进60m，经济效益可观，并从中积累了宝贵经验。
　　通过实践证明大倾角俯斜开采25°以下煤层是可行的，打破了倾向长壁只适用于12°以下煤层的常规，对大倾角倾斜长壁俯斜开采技术的研究和探索，为兴阜煤矿的煤炭资源合理开发、利用以及提高煤炭回收率，提供了技术支持。通过开采实践，我矿逐步克服生产实践中的不足，积累并掌握了大倾角俯斜开采的经验，为兴阜煤矿未来多个俯采工作面的开采打下坚实的基础，同时将为其它矿区类似条件下的煤层开采，具有较好的借鉴意义。
　　
　　参考文献
　　[1]杜海新，李想.兴阜煤矿2312采煤作业规程[S]，2007，9，25.
　　[2] 杜海新，李想.兴阜煤矿2313采煤作业规程[S]，2008，10，30.
　　[3]陈君，李连平.大倾角俯斜开采顶板压力特征[J].阜矿科技，2008，5，25.