摘要:該文以劉橋一礦煤礦II466綜采面為例,從頂底板的穩定性控制和支架結構參數設置兩方面入手,對大傾角綜采工作面關鍵回采技術進行了研究。
　　關鍵詞:大傾角煤層;綜采;支護系統;穩定性控制
　　引言
　　大傾角煤層是指埋藏傾角大于35°的煤層。近年來快速發展的高產高效技術,使大部分礦區淺部開采條件好的煤層儲量將在較短的時限內枯竭,促使大傾角煤層的開采問題進入了人們的視野,并引起高度重視,如兗州礦區、淮南和淮北礦區等,要保持這些礦區高產高效和可持續發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特點
　　工作面位于陳集向斜東翼,劉橋向斜穿過工作面內,煤層形態受陳集向斜和劉橋向斜的控制,總體呈單斜形態。 本工作面采用走向長壁后退式綜合機械化采煤,全部垮落法管理頂板。采用MGTY400/930-3.3D采煤機螺旋滾筒截割落煤,滾筒截深0.8 m,采煤機螺旋滾筒配合SGZ800/800刮板運輸機鏟煤板裝煤,采用ZY6000/18.5/38(中部)、ZYG6000/18.5/38(端頭)、ZT2×3200/18/35(風巷)自移液壓支架支護頂板。工作面支架允許最大采高3.8m,最小采高2.05m,平均3.4m,循環進度0.6m。本面采用雙滾筒采煤機雙向割煤,往返一次進兩刀。在大傾角煤層中實施綜采,具有如下開采技術特點如下:
　　(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滑、 滾,走向長壁開采時在工作面傾斜方向形成不均勻充填特征, 從而導致工作面不同區域礦壓顯現不同;
　　(2) 在大傾角煤層中實施綜采,存在“支架 -圍巖 ” 系統的不穩定性,特別是會出現大傾角形成的大變形,傾斜方向的動荷載,采場設備的下滑傾倒等問題;
　　(3) 隨著煤層傾角的逐漸增大,圍巖對支護系統的穩定性要求變得更加明顯,所以在整個支護系統的布置上,既要考慮其支護阻力的大小,更要注意其整體穩定性控制。
　　二、大傾角煤層綜采關鍵技術
　　1、“ 支架 -圍巖 ” 相互作用關系
　　通常所說的采場“支架 -圍巖 ” 相互作用體系即“ 老頂 -直接頂 -支架 -底板 ”系統。在這個系統中,支架與圍巖是相互作用相互影響的,圍巖的運動狀態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定性的控制效果。因此把“支架 -圍巖”看作是一個相互作用和共同承載的力學體系,合理調節和處理“支架 -圍巖”相互作用關系,是大傾角煤層綜采取得成功的關鍵。
　　2、支架受力狀況分析
　　在工作面整個支護系統中,液壓支架是維護采場安全生產的結構物,是控制圍巖穩定的主要手段。
　　3、支護系統穩定性控制措施
　　就采場支護系統而言,工作面支護的直接對象是直接頂巖層,通過直接頂間接地對老頂的活動起一定的控制作用。在整個支護系統中,支架并不是孤立存在的,而是處在一個由圍巖組成的支護體系之中,因此該支護體系的整體穩定性與工作面頂底板的運移、破壞規律及支架固有的結構與參數有密切關系。
　　3.1頂板穩定性控制
　　直接頂的厚度:老頂巖層對工作面頂板壓力的影響主要取決于直接頂的厚度,也就是說,老頂離煤層越遠,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支護系統穩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,頂板來壓時,破斷巖塊的重量與支架的穩定性成反比例關系,即直接頂跨落巖塊的范圍越大,施加于支架上的荷載越大,整個支護系統的穩定性也就越差。現場可采取的控制措施:頂板來壓期間,應增大支架的初撐力和工作阻力,確保支護到位;支架基本垂直頂底板支設,迎山角不超過3°～5°,不得有退山現象,要確保與頂板接觸嚴密,不允許空頂,不出現“線接觸”;移架必須一次到位,避免反復支撐頂板。
　3.2支架本身
　　支架自身固有的結構及參數對整個支護系統的穩定性有顯著影響,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,從提高支架整體穩定性角度出發,支架必須保證一定的初撐力,并在工作時充分利用工作阻力。劉橋一礦II466大傾角工作面,所選支架型號為ZY6000/18.5/38,其初撐力為3524kN,工作阻力為 4400kN,支護強度滿足頂板壓力的要求。為提高支架的初撐力,應保持支架處于完好狀態,不漏液、串液、不自動卸載,并及時檢查供液管路,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,穩定性越好。現場可采取的措施有:加大支架底座面積,確保支架與煤層底板接觸狀況良好,既能使底板對支架的支撐力分布合適,又能確保支架加大工作阻力時不破壞煤層底板;嚴格控制采高,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接觸或線接觸。支架重量G:由于支架重量與穩定性成反比例關系,因此,只要支護強度能滿足要求,應盡量減輕支架重量,以提高其穩定性。由于本工作面支架選型已經完成,支架本身的重量已經無法改變,在回采中主要是采取加快推進速度,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時間作用在支架上。
　　3.3底板穩定性控制
　　大傾角煤層開采后不僅引起工作面頂板巖層的移動和破壞,也將導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,降低了支護體系剛度,增強了支架失穩破壞的趨勢。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,增強了底板失穩、 滑移、破壞的趨勢。底板摩擦因數μ:底板摩擦力越大,支架需要的抗滑力就會越小。為提高底板摩擦力,現場可采取以下措施:采煤機割煤后應及時清理工作面浮煤,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。
　　三、結論
　　(1)大傾角煤層綜采技術的核心是工作面支護系統的穩定性。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,因此工作面支護系統所受的工作載荷變小,而引起支護系統失穩的外載加大,所以,工作面巖層控制的重點不僅僅是提高支護系統的工作阻力,還應加強支護系統的整體穩定性。
　　(2)采場支架并不是孤立存在的,而是處在一個由圍巖組成的支護體系之中,該支護體系的整體穩定性與工作面頂底板的運移、 破壞規律及支架固有結構與參數有密切關系。
　　(3)大傾角煤層開采后不僅引起工作面頂板巖層的移動和破壞,也將導致底板巖層在一定范圍的移動和破壞。 　　
　　參考文獻:
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