1、大倾角特厚煤层综放工作面设备稳定性控制技术研究摘要：我国煤炭赋存比较多样化，条件优劣不一，并且存在着较多的大倾角特厚煤层的恶劣开采条件，这部分的煤炭储量比较大，而大倾角厚煤层现阶段主要的开采方法就是综合机械化放顶煤开采，在实际的生产过程中存在这设备稳定性的问题，这是开采中遇到的主要问题，本文从宏观上阐述了这类问题在现阶段的解决方法，并且从多个现场实例中总结出了一般方法。并且通过FL3BCF更加专业的回答问题产生的原因以及经验上的解决方法。关键词：大倾角：特厚煤层；综合机械化；放顶煤：设备稳定性；矿压呈现：数值模拟.1.概述大倾角综放开采无论是在国内为都是一个现阶段没有被功课的难题，然而，这类的
2、问题的关键就是工作面设备稳定性的问题，只有解决这个问题，才有可能实现在大倾角工作面中实现安全高效的生产。较大的煤层倾角决定了较大的工作面倾角，这会造成工作面设备沿工作面方向的分力增大，容易造成工作面设备下滑，倾倒等现象；在大倾角工作面中，液压支架是斜着安设的，这样的话，如果液压支架切顶不严或者在移架的过程中出现问题时，就会造成严重的倒架事故；这些支架稳定性问题处理得正确与否，将直接关系到工作面的正常生产、安全与技术经济效益。“三滑一倒”现象是在此类工作面中最常出现的问题，由于工作面的复杂性，这种问题会尤其的严重，解决这些问题是在此类生产中的关键，同时，回采工艺对工作面的顶板管理、支架稳定性又有
3、很大的影响，因此，探索研究适合大倾角煤层的综放工艺，保证工作面设备可靠有效的生产，并严格遵守科学的回采工艺，是大倾角综合机械化放顶煤工作面开采的成功保证。 2. 大倾角厚煤层综放开采实例2.1东山煤矿 1300 工作面（一）工作面概况兖矿集团下属的东山煤矿是个年产180万吨的大型矿井，其中的1300采区的地质水文条件复杂，厚煤层约8 m，煤层倾角最大处达到41，而且主采煤层是三软煤层，具有自然发火的危险，而且具有一定的冲击倾向性。属于开采条件较为恶劣的矿井。工作面设备配套见表 1。表1 工作面设备配套表 这个工作面的各种开采条件都非常的恶劣，且瓦斯涌出量较高，在通风方式的选择上也有待斟酌，矿井
4、的涌水量不大，是唯一的欣慰点，就是在这样恶劣的条件下，东山煤矿1300采区实现了一面一天出煤1万吨，这是一个非常不容易的成绩，值得同类型，同条件的矿井借鉴。（二）大倾角综放工作面设备稳定性控制三机配套是综合机械化开采的重要因素，只有做好三机的总体稳定，才能从根源上解决三机配套的问题，单单的解决某一个设备的稳定性的问题都很难从根本上解决问题。1.1采煤机稳定性控制在大倾角开采的条件下，主要存在的问题是当采煤机向上割煤时，采煤机的运行比较苦难，收到一个阻力的影响。向下割煤时，采煤机会有向工作面较低的一侧打滑的危险，高速运转的采煤机发生这类事故时非常危险的。1.2液压支架稳定性控制而在此类工作面中，
5、支架有可能发生倾倒以及下滑的失稳形式，产生的原因一如采煤机失稳的原因，都是倾向分力所致，要结合实际情况，采用合适的方法解决问题。1. 2. 1支架安装支架从下向上安装，并且要在运料巷中多安设一组支架。1. 2. 2工作面布置工作面伪斜布置，实质上在相同的煤层倾角条件了，相对的减小了工作面的倾角。间接的增加的工作面设备的稳定性。工作面超前距离 S 可由下式计算S=D*M2/L其中，D割一刀刮板输送机的下滑长度，M是采煤机截深，L是工作面长度。1. 2. 3增大支架的失稳临界角(1)提高支架的支护阻力。支护阻力的增大对提高工作面设备稳定是十分有帮助的，主要的形式就是带压移架，以及保证一个支架移架时
6、，列外的支架都要切顶严实。(2)尽量的增大设备与采煤工作面底板的摩擦力，浮煤较多以及工作面水量较大等都会造成这个摩擦力的较低，同时保证支架底座与底板严密接触。(3)合适的开采高度对设备的稳定性是非常有帮助的，因此，要根据现场实践以及少量的经验确定合适的采高;适当增加推进速度，采用及时支护，既可以有效控制冒顶以及空顶距增加，又可减少支架的压力。(4)支架3 5架成组布置。1300工作面用工字钢横梁将3架成组布置，移架方式分组间隔交错式，并有效地控制支架稳定性。2大倾角综放面主要工艺参数优化工作面合理的开采参数是通过现场的经验以及实验不断总结出来的。(1)采放比以及放煤步距对顶煤放出率的影响。如表
7、2，根据时间表明，采放比的增加会造成采出率的降低，含矸率也会上升，放煤步距对采出率也有影响。表2 采放比及放煤步距对放煤影响试验汇总表3 煤层倾角及放煤方向对放煤影响试验汇总因此，东山煤矿1300工作面采放比约为11. 6，放煤步距为0. 8 m，并采用上行放煤的放煤方式。3综放工作面矿压显现规律在各个测区的支架阻力的实测值如表4，各测点前后柱的阻力如表 5。表4 回采期间工作面各侧区支架阻力 表5 回采期间工作面各侧点支架前后柱阻力由表5可见，支架的初撑力前后柱差比(前柱 后柱) /后柱) 最小约为15%，最大约为35%，平均约为23%。4结论(1) 3个月东山煤矿1300工作面内共安全采煤
8、达148. 994万t，月平均的产量约为49.67万t，平均月进尺约为158 m，最高月产达到52. 51万t，最高日产达23482 t，人员工效为118. 25 t/工，回采率达到85. 7%，社会经济效益显著。(2)经过一系列的措施，此类问题得到了有效的解决，方法包括工作面伪斜布置，布设防滑防盗的设施等等。2.2靖远煤业集团魏家地煤矿2103工作面 2.2.1工作面概况工作面煤层厚度变化大，走向以及倾向长度都不是很长，顶板比较的破碎，煤层倾角比较大，煤层厚度较大。直接顶，细粉砂岩，水平层理较为明显；伪顶（局部区域无伪顶），多为炭质泥岩或泥质粉砂岩，可塑性好，炭质的含量较高，局部有夹煤线；直
9、接底，多为细粉砂岩或炭质泥岩，裂隙较为发育；老底，粗粒砂岩，存在炭质碎屑、煤块及泥岩块。2.2.2工作面设备配置2103工作面用MG250-600QWD型双滚筒采煤机；采用89架ZF4800/14/28型基本液压支架，6副ZFG5200/20/32型过渡支架，1组ZT10400/20/32型端头支架；前后刮板输送机均采用SGZ764-2315型；配套以SZZ764-200型转载机，以及PLM1000型破碎机，DRB315/31.5型乳化液泵站。 2.2.3采煤工艺优化（1）割煤方式从上向下进行单向割煤，往返一次割一刀煤。往下走时，下滚筒割顶板煤层，向上走时，上滚筒割底煤。（2）进刀方式用工作面
10、上端头15 m斜切进刀方式，采煤机上行空刀割顶煤扫底煤到工作面上端87#支架，停机推移前溜到煤壁；调换滚筒位置，下滚筒割顶煤，上滚筒割顶煤下行割入煤壁（采煤机进入前溜直线段）；在进刀段内（87#-96#支架段）沿着由下向上的顺序推溜、移架，将刮板机、支架移直；调换滚筒的位置，上滚筒升起割顶煤，下滚筒降下割底煤，上行割三角煤到运输机机尾，完成进刀的全过程。（3）推溜、移架由下向上追机顺序的推移前溜（前溜弯曲段长度约为15 m）；距离采煤机下滚筒约15 m出从下向上地进行顺序擦顶带压移架；当支架处于最小控顶距后再由下向上拉移后溜。（4）放煤工艺采两轮煤放顶煤一次，也就是采煤机割两个截深放顶煤一次。
11、 2.2.4设备防滑综合技术措施（1）支架的防倒防滑措施一是支架的移动和安设必须坚守带压擦顶移架的原则，一次性移到位，并及时调整支架的坡度，支架的底座与底板、顶梁与顶板的呈面接触，顶梁与顶板的接触严密性，保证底座始终与底板垂直接实，底调与相邻的支架的底座接实；移架降柱的幅度一般在50100mm之间，以不超过相邻侧护板三分之二为准，来防移架时发生损坏侧护板的事故或出现挤架、咬架的现象，严禁相邻两副支架进行同时降架。在移架时支架的歪斜度不得超过5，最大仰俯角不得超过7；二是防止煤的帮片以及帮抽顶，发现顶空要及时的挂铁丝网，用板皮来绞实，杜绝高度超过300 mm，长度达到1.5 m的空顶板，片帮事故
12、是开采是非常容易发生的事故，需要人员来人工的解决这些存在已久的问题，工作面的开采条件是大自然给的是先天的；三是避免超挖造成超高、支架接顶不实的现象，挑顶量不够而导致支架高度达不到规定要求，偏低、前栽；四是及时优化放煤工艺，严格按照从下向上间隔多轮多次均匀放顶煤的要求来进行放煤，一边放煤一边认真监视顶煤垮落情况以及支架支护状况，调整尾梁插板油缸控制放煤量，回采过断层及地质构造带时不许放煤或严格控制放煤量。（2）定期调整工作面因为移架有先后之分，所以会造成溜槽前后的推移量发生不均匀的变化造成溜槽不在一条直线上，因而造成割煤困难。前溜上窜较为严重时，需要脱开前溜与支架的连接，用千斤将前溜往下推，逐架
13、调斜后再与前溜相连；后溜下滑幅度较大的时候可以采用多个单体支柱同时向上顶推使之上移，来防后溜下滑带动支架产生摆尾现象；支架出现一定量的摆尾、歪斜时需采取多项措施及时进行调整。（3）建立工作面预警机制工作面倾角发生变化、过破碎带、两巷压力显现、机道底板较为松软、高度不够等现象都会引起系统性的问题，合理地建立综放工作面预警机制是避免工作面发生设备失稳现象、造成较大影响的重要措施之一，提前预测工作面的变化情况，如过破碎带时采取挂网的措施，可有效的避免煤壁片帮；底板松软时及时挑顶，确保高度，防止端头支架陷底发生死架；工作面的长度发生变化时提前做好增、减支架的准备工作等等。2.3平庄古山煤矿西一西 06
14、5一2工作面2.3.1工作面概况工作面煤层倾角大，煤层厚度不均匀，煤层的赋存条件也比较恶劣，顶底板条件都不是很好，是非常难于大规模机械化开采的,上部受辉绿岩侵人的影响较大,局部煤层极为破碎,加之上部采空区和大倾角工作面设备数量较多、质量较大的多重影响,矿井开采条件是极为困难的。为了使西西065一2工作面深部松软煤层在倾角 36条件下的综放开采达到高产高效的目的,对西西065一2工作面顶煤顶板应力分布的规律与矿压的显现特征进行了细致的数值模拟研究,并据此提出了相应的煤岩以及设备的稳定性控制措施。2.3.2模拟模型模拟矿山的模型，利用少量的和矿山煤层以及顶底板材质相近的材料，模拟现场的采煤工序，从
15、模拟的模型中带线采煤实践中可能存在的各种各样的问题，在通过计算机的模拟找到解决的方法，这是现在也是现阶段行之有效的解决方案，被大量应用于现场的实践中。=Hg其中 H一煤层上方未模拟煤层厚度,;p相应的煤岩层的密度,;g重力加速度, 。模型中层理弱面用FLA3D 中的INTER一FACE模拟，而支架用BEA M单元模拟。边界用来固定整个模型的法相位移，而其他的来固定其倾向位移。整个模型共划分122500个单元,结点130050。针对研究的内容,建立数值模拟模型如图1所示。工作面支架用FLAC3D软件提供的Supports单元来进行模拟。由于Coulomb准则能够比较好的反映岩石材料在力场的作用下变形破坏的情况,因此在模型中采用的材料力学本构关系为Coulomb准则。2.3.3 大倾角走向放顶煤覆岩与顶煤的应力场特征(1)顶煤及底板的应力场分布由数值模拟模型倾向剖面主应力图分析可知(图2),大倾角厚煤层的集中应力的分布是相当不同于其他应力长度的分布，是一种罕见的集中分布，其最大主应力主要集中的地方在工作面下端头以及工作面中部,同时应力的分布呈现局部变化的特征。根据倾向剖面以及走向剖面 (图3)的综合分析可知应力的分布有着明显的局部化特征。根据以上的分析可得,对于大倾
