一般来说, 大倾角煤层指的是埋藏倾角大于35°的煤层。由于近些年高产高效技术的发展, 大部分矿区浅部开采条件好的煤层储量会在较短的时间内出现枯竭现象, 这样一来, 就使得大倾角煤层的安全开采问题凸显出其理论研究及实践意义。特别是国家的一些重点矿区, 既要始终保持矿区的高效率产出又要进行科学可持续的发展, 解决好大倾角煤层的开采问题已进入到广大理论研究者的考察视域。
该项工作面采用走向长壁后退式综合机械化采煤, 全部垮落法管理顶板。采用MGTY400/930-3.3D采煤机螺旋滚筒截割落煤, 滚筒截深0.8m, 采煤机螺旋滚筒配合SGZ800/800刮板运输机铲煤板装煤, 采用ZT2×3200/18/35 (风巷) 、ZY6000/18.5/38 (中部) 、ZYG6000/18.5/38 (端头) 自移液压支架支护顶板。
在大倾角煤层中实施综采技术, 技术特点如下。
(1) 源于工作面倾角比较大, 顶板破断垮落岩块将沿底板向工作面下部的采空区移动, 如在走向长壁开采时就会在工作面的倾斜方向形成在我们看来是不规则的充填形态, 因此会产生工作面不同导致区域矿压显现不同。
(2) 在大倾角煤层中实施综采, 可能存在“支架-围岩”结构的不稳定状态, 甚至会出现大倾角形成的某种意想不到的变形, 比如倾斜采场设备的下滑倾倒, 以及方向的动荷载等情况。
(3) 随着煤层倾角的逐渐增大, 围岩就需要支护系统提供更加稳定的支持。
一般所说的采场“支架-围岩”互相作用原理就是我们传统认为的“老顶-直接顶-支架-底板”系统结构。在这个结构中, 支架与围岩是互相影响又相互作用的, 围岩的运动状况影响支架的工作状态和承载能力, 而支架的工作能力又会反过来影响到围岩的稳定性控制效果。应当, 把“支架-围岩”结构原理当作是一个互相作用和共同影响的力学组织, 合理调节和处理“支架-围岩”互相的作用关系, 是能够在大倾角煤层综采获得成功的重要环节。
在工作面整个支护框架中, 使用液压支架是保障采场安全生产的重要实体, 也是保证围岩发挥稳定的重要手段。
我们认为就采场支护系统来说, 工作面支护的首要对象是直接顶岩层, 通过直接顶对老顶的活动起到一定的稳定作用。在整个支护体系中, 支架不是孤立存在的, 而是处在一个由围岩组成的支护框架中, 所以该支护系统的整体稳定性与工作面顶底板的运动、相关规律及支架本有的内在逻辑排列与参数有十分紧密的关系。
直接顶的厚度:老顶岩层对工作面顶板压力的作用一般来说跟直接顶的厚度有着最直接的关系。我们在II444工作面直接顶厚度为13m上下, 这么好的顶板条件自然是为整个支护系统稳定性给予了重要的自然保障。来压期间顶板控制措施:随着工作面的推进, 顶板来压时, 破断岩块的重量与支架的稳定性成反比关系, 即直接顶跨落岩块的范围愈大, 那么给于支架的荷载就愈大, 整个支护体系的稳定性也就愈差。现场可采取的解决措施:顶板来压期间, 要预先想到提高支架的初撑力和工作阻力, 保证支护发挥应有的作用;支架基本垂直顶底板支设, 迎山角不超过3°~5°, 杜绝出现退山状况, 同时要保证与顶板严密接触, 防止出现空顶现象, 避免“线接触”;移动支护架务必要做到一次到位, 有效防止反复支撑顶板。
支架自身固有的结构及参数对整个支护体系的稳定性影响十分显著, 体现在支架的初撑力、支撑高度、工作阻力及支架底座宽度和支架重量等。为了防止支架下滑, 从改善支架整体稳定性出发, 支架必须确保提供一定的初撑力, 同时在工作时十分注重发挥阻力的能量。为提高支架的初撑力, 应保持支架处于完好状态, 不漏液、串液、不自动卸载, 并及时检查供液管路, 减少泵站压力损失。一般来说为了解决该问题我们可采取的措施有:拓宽支架底座面积, 保证支架与煤层底板接良好, 一方面能使底板对支架的支撑力分布均匀, 又能确保支架加大工作阻力时不破坏煤层底板;这就需要严格控制采高, 确保采煤高度在2.7m~3.2m;另一方面能保持顶板割平, 从而避免支架顶梁与顶板点接触或线接触。支架重量G:由于支架重量与稳定性成反比例关系, 因此, 一般情况下当支护强度满足要求时, 我们应尽量减轻支架重量, 来提高它的稳定性。因为这个工作面支架选型已经结束, 支架本身的重量不能变更, 在回采中一般是采取加快推进速度, 由每班采三刀增加到每班采四刀, 来防止破断的直接顶荷载长时间作用在支架上。
从总体上来讲, 大倾角煤层开采后一方面会出现工作面顶板岩层的迁移和毁坏;另一方面会出现底板岩层沿工作面倾斜方向向下迁移滑动。一旦底板出现类似现象, 就会使大部分支架失去了我们预想的有效支撑能力, 会降低支护系统的自身刚度, 很可能会使支架失稳破坏的可能性加大。从分析得出, 一般导致底板毁坏的主要因素是煤层倾角、支架与底板岩层间的摩擦等。要提高底板抗滑力, 现场可利用以下措施解决:采煤机割煤后应迅速冲洗工作面的浮煤, 防止因浮煤引起底板与支架底座之间摩擦力减小;迅速处理顶板淋水, 以及定期检查支架乳化液管路和各密封部位情况, 确保不因水的原因而降低了底板的摩擦系数。
通过对以上技术的分析, 我们认为大倾角煤层综采工作面安全回采技术是值得研究的一项重要课题, 针对实际工作中的问题, 一是要确保工作面支护系统的整体稳定性。要充分利用两者之间的互相影响互相作用的关系, 随着煤层倾角增大, 上覆岩层重力的切向分力增大而法向分力减小, 所以工作面支护体系受到的工作载荷变小, 最终导致支护系统失稳的外载加大, 因此, 工作面岩层控制的关键不光是提高支护系统的运行阻力, 还要注重提高支护体系的整体稳定性。二是采场支架并不是孤立存在的, 而是处在一个由围岩组成的支护体系之中, 该支护体系的整体稳定性与工作面顶底板的迁移、毁坏规律及支架自有结构及参数有着紧密关系。
摘要：本文以某矿II444综采面为例, 针对顶底板的稳定性控制和支架结构参数设置两个角度, 对大倾角综采工作面安全回采技术的理论及实践应用进行了探讨。
关键词：棕采综合面,大倾角煤层,支架结构参数,稳定性
