摘要:該文以劉橋一礦煤礦II466綜采面為例,從頂?shù)装宓姆€(wěn)定性控制和支架結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置兩方面入手,對(duì)大傾角綜采工作面關(guān)鍵回采技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　關(guān)鍵詞:大傾角煤層;綜采;支護(hù)系統(tǒng);穩(wěn)定性控制
　　引言
　　大傾角煤層是指埋藏傾角大于35°的煤層。近年來快速發(fā)展的高產(chǎn)高效技術(shù),使大部分礦區(qū)淺部開采條件好的煤層儲(chǔ)量將在較短的時(shí)限內(nèi)枯竭,促使大傾角煤層的開采問題進(jìn)入了人們的視野,并引起高度重視,如兗州礦區(qū)、淮南和淮北礦區(qū)等,要保持這些礦區(qū)高產(chǎn)高效和可持續(xù)發(fā)展就必須解決大傾角煤層的開采問題。
　　一、劉橋一礦工作面概況及開采技術(shù)特點(diǎn)
　　工作面位于陳集向斜東翼,劉橋向斜穿過工作面內(nèi),煤層形態(tài)受陳集向斜和劉橋向斜的控制,總體呈單斜形態(tài)。 本工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化采煤,全部垮落法管理頂板。采用MGTY400/930-3.3D采煤機(jī)螺旋滾筒截割落煤,滾筒截深0.8 m,采煤機(jī)螺旋滾筒配合SGZ800/800刮板運(yùn)輸機(jī)鏟煤板裝煤,采用ZY6000/18.5/38(中部)、ZYG6000/18.5/38(端頭)、ZT2×3200/18/35(風(fēng)巷)自移液壓支架支護(hù)頂板。工作面支架允許最大采高3.8m,最小采高2.05m,平均3.4m,循環(huán)進(jìn)度0.6m。本面采用雙滾筒采煤機(jī)雙向割煤,往返一次進(jìn)兩刀。在大傾角煤層中實(shí)施綜采,具有如下開采技術(shù)特點(diǎn)如下:
　　(1) 由于工作面傾角較大,頂板破斷垮落巖塊將沿底板向工作面下部采空區(qū)滑、 滾,走向長(zhǎng)壁開采時(shí)在工作面傾斜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;
　　(2) 在大傾角煤層中實(shí)施綜采,存在“支架 -圍巖 ” 系統(tǒng)的不穩(wěn)定性,特別是會(huì)出現(xiàn)大傾角形成的大變形,傾斜方向的動(dòng)荷載,采場(chǎng)設(shè)備的下滑傾倒等問題;
　　(3) 隨著煤層傾角的逐漸增大,圍巖對(duì)支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求變得更加明顯,所以在整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)的布置上,既要考慮其支護(hù)阻力的大小,更要注意其整體穩(wěn)定性控制。
　　二、大傾角煤層綜采關(guān)鍵技術(shù)
　　1、“ 支架 -圍巖 ” 相互作用關(guān)系
　　通常所說的采場(chǎng)“支架 -圍巖 ” 相互作用體系即“ 老頂 -直接頂 -支架 -底板 ”系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中,支架與圍巖是相互作用相互影響的,圍巖的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響支架的工作狀況和承載特性,而支架的工作狀況又反過來影響到圍巖穩(wěn)定性的控制效果。因此把“支架 -圍巖”看作是一個(gè)相互作用和共同承載的力學(xué)體系,合理調(diào)節(jié)和處理“支架 -圍巖”相互作用關(guān)系,是大傾角煤層綜采取得成功的關(guān)鍵。
　　2、支架受力狀況分析
　　在工作面整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)中,液壓支架是維護(hù)采場(chǎng)安全生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)物,是控制圍巖穩(wěn)定的主要手段。
　　3、支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性控制措施
　　就采場(chǎng)支護(hù)系統(tǒng)而言,工作面支護(hù)的直接對(duì)象是直接頂巖層,通過直接頂間接地對(duì)老頂?shù)幕顒?dòng)起一定的控制作用。在整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)中,支架并不是孤立存在的,而是處在一個(gè)由圍巖組成的支護(hù)體系之中,因此該支護(hù)體系的整體穩(wěn)定性與工作面頂?shù)装宓倪\(yùn)移、破壞規(guī)律及支架固有的結(jié)構(gòu)與參數(shù)有密切關(guān)系。
　　3.1頂板穩(wěn)定性控制
　　直接頂?shù)暮穸?老頂巖層對(duì)工作面頂板壓力的影響主要取決于直接頂?shù)暮穸?也就是說,老頂離煤層越遠(yuǎn),即直接頂厚度越大,破斷后形成的緩慢下沉式平衡的可能性也越大。II466工作面直接頂厚度為13m±,這樣好的頂板條件為整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性控制提供了天然保障。來壓期間頂板控制措施:隨著工作面的推進(jìn),頂板來壓時(shí),破斷巖塊的重量與支架的穩(wěn)定性成反比例關(guān)系,即直接頂跨落巖塊的范圍越大,施加于支架上的荷載越大,整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也就越差?，F(xiàn)場(chǎng)可采取的控制措施:頂板來壓期間,應(yīng)增大支架的初撐力和工作阻力,確保支護(hù)到位;支架基本垂直頂?shù)装逯гO(shè),迎山角不超過3°～5°,不得有退山現(xiàn)象,要確保與頂板接觸嚴(yán)密,不允許空頂,不出現(xiàn)“線接觸”;移架必須一次到位,避免反復(fù)支撐頂板。
　3.2支架本身
　　支架自身固有的結(jié)構(gòu)及參數(shù)對(duì)整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有顯著影響,主要有支架的初撐力、工作阻力及支架底座寬度、支撐高度和支架重量等。支架的初撐力、工作阻力:由支架的受力狀況分析可知,為了控制支架下滑,從提高支架整體穩(wěn)定性角度出發(fā),支架必須保證一定的初撐力,并在工作時(shí)充分利用工作阻力。劉橋一礦II466大傾角工作面,所選支架型號(hào)為ZY6000/18.5/38,其初撐力為3524kN,工作阻力為 4400kN,支護(hù)強(qiáng)度滿足頂板壓力的要求。為提高支架的初撐力,應(yīng)保持支架處于完好狀態(tài),不漏液、串液、不自動(dòng)卸載,并及時(shí)檢查供液管路,減少泵站壓力損失。支架底座寬度 D和支撐高度 h:支架底座越寬,支撐高度越低,穩(wěn)定性越好?，F(xiàn)場(chǎng)可采取的措施有:加大支架底座面積,確保支架與煤層底板接觸狀況良好,既能使底板對(duì)支架的支撐力分布合適,又能確保支架加大工作阻力時(shí)不破壞煤層底板;嚴(yán)格控制采高,確保采煤高度在2.8～3.3m,并保持頂板割平,防止支架頂梁與頂板點(diǎn)接觸或線接觸。支架重量G:由于支架重量與穩(wěn)定性成反比例關(guān)系,因此,只要支護(hù)強(qiáng)度能滿足要求,應(yīng)盡量減輕支架重量,以提高其穩(wěn)定性。由于本工作面支架選型已經(jīng)完成,支架本身的重量已經(jīng)無法改變,在回采中主要是采取加快推進(jìn)速度,由每班采2刀增加到每班采3刀,以避免破斷的直接頂荷載長(zhǎng)時(shí)間作用在支架上。
　　3.3底板穩(wěn)定性控制
　　大傾角煤層開采后不僅引起工作面頂板巖層的移動(dòng)和破壞,也將導(dǎo)致底板巖層沿工作面傾斜方向向下滑移。底板的這種滑移、 破壞使大部分支架失去了理想的支撐基礎(chǔ),降低了支護(hù)體系剛度,增強(qiáng)了支架失穩(wěn)破壞的趨勢(shì)。影響底板破壞的因素主要有煤層傾角、支架與底板巖層間的摩擦等。煤層傾角θ:II466工作面煤層傾角平均為28.8°,由于本工作面煤層傾角大,增強(qiáng)了底板失穩(wěn)、 滑移、破壞的趨勢(shì)。底板摩擦因數(shù)μ:底板摩擦力越大,支架需要的抗滑力就會(huì)越小。為提高底板摩擦力,現(xiàn)場(chǎng)可采取以下措施:采煤機(jī)割煤后應(yīng)及時(shí)清理工作面浮煤,避免因浮煤引起底板與支架底座之間摩擦力的減小;及時(shí)處理頂板淋水,并定期檢查支架乳化液管路及各部位密封情況,以防因水的原因而降低了底板摩擦系數(shù)。
　　三、結(jié)論
　　(1)大傾角煤層綜采技術(shù)的核心是工作面支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨煤層傾角增大,上覆巖層重力的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,所以,工作面巖層控制的重點(diǎn)不僅僅是提高支護(hù)系統(tǒng)的工作阻力,還應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。
　　(2)采場(chǎng)支架并不是孤立存在的,而是處在一個(gè)由圍巖組成的支護(hù)體系之中,該支護(hù)體系的整體穩(wěn)定性與工作面頂?shù)装宓倪\(yùn)移、 破壞規(guī)律及支架固有結(jié)構(gòu)與參數(shù)有密切關(guān)系。
　　(3)大傾角煤層開采后不僅引起工作面頂板巖層的移動(dòng)和破壞,也將導(dǎo)致底板巖層在一定范圍的移動(dòng)和破壞。 　　
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