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浅谈我国大采高综采技术 郭保华 涂 敏 安徽理工大学资源开发与管理工程系 淮南232001 摘 要 本文介绍了大采高综采工艺及设备的历史及国内现状、工作面合理采高、工作面长度及推 进度、煤壁片帮及防治,液压支架防倒与防滑等。 关键词 大采高综采 采高 液压支架 中图分类号 TD821 文献标识码 B 文章编号 1004 - 4051 2003 10 - 0040 - 03 PRESENT CONDITION OF HIGH MINING HEIGHTLONGWALL MINING TECHNIQUES IN CHINA Guo Baohua Tu Min Dep 1of Resource Exploration and Management EngineeringHuainan 232001 Abstract The paper introduces the history and present conditons of the crafts and equipments in high mining height longwall mining in china.The author illustrates resonable mining high , lenghth and strike distance of face , slices drop of wall and itπs defence and management , control of pour and slip of porps and so on. Keywords High cut in fully2machinazation face , Mining height , Powered support 1 引 言 我国缓倾斜厚煤层煤炭产量占总产量的40 以上,很多矿区赋存有315～510m厚的煤层且均 为主采煤层。大采高综采是对315～510m厚的煤 层一次采全高。对于煤层倾角小于30 的煤炭含矸 率低、瓦斯涌出量小等优点;与采高小于315m的 分层综采相比,具有采面生产能力大和巷道布置简 化、回采工效和煤炭资源回收率高、设备搬家倒面 次数少和节约假顶材料等优点。因此,大采高综采 是315～510m厚煤层综采的主要发展方向之一。 1978年,我国首次从德国引进了G320 - 20/ 37型、G320 - 23/ 45型等型号的大采高液压支架 及相应的采煤运输设备,与此同时我国也开始研制 大采高液压支架和采煤机。1984年西山矿务局官 地18202工作面的8 煤层使用我国自行研制的第 一套大采高综采设备BC520 - 52/ 47型支撑掩护式 支架、MXA - 300/ 415无链牵引采煤机,进行了大 采高一次采全厚综采的工业性试验,并通过了鉴 定。1986年邢台矿务局东庞矿使用BYA329 - 23/ 45型国产掩护式液压支架及与其相配套的大采高 综采设备,在2702工作面进行了工业性试验并取 得了成功,以后又相继在其他几个回采工作面试 用。在以上试验的基础上,东庞煤矿与北京煤机厂 合作,进一步研制了最大采高达510m的BY3600 - 25/ 50型大采高液压支架,并于1998年8～10 月在该矿2101工作面进行了试验,获得了较好的 效果。经过十多年的努力,现已取得明显的进展。 我国已进行试验的部分大采高一次采全厚综采 工作面的煤层赋存特征及所使用的液压支架的主要 技术特征见表 1 。 2 合理采高的确定 国内外对于厚煤层一次采全厚综采的合理采高 进行了大量研究,认为采高并非愈大愈好,采高大 小必须与煤层地质条件、目前的综采设备技术水平 及采煤工艺各环节的配套能力相适应。对于目前我 国的具体条件来说,综采工作面的采高存在着一个 合理的取值范围。实践证明,当加大工作面的采高 时,工作面顶板压力随之增大,煤壁前方支承应力 集中程度亦随之增大,从而加剧工作面煤壁片帮和 冒顶。相似材料模拟试验的结果表明采高越大, 工作面开采后上覆岩层运动范围也越大。当莱高大 于515m后,上覆岩层折断的厚度将超过100m , 04中国矿业2003年第12卷第10期 岩梁的折断步距、折断岩梁运动的自由空间均较 大,此时工作面支架将承受岩梁大规模运动引起的 动载荷和较大的偏心载荷,从而影响到支架的稳定 性及使支架围岩关系恶化,增加许多困难因素 1设备进一步趋向于大型化,复杂化,维护 梁和管理难度进一步增加; 表1 矿井名称工作面煤层号 倾角 煤厚 m 顶板分类支架型号 支架结构高度 最小最大 初撑力 kn/ 架 工作阻力 kn/ 架 铜川金华山140654～9311～412Ⅰ1 - 2YZ-Ⅰ2173189402000 铜川金华山140856～9311～410Ⅱ2YZ-Ⅱ2173189402510 开滦范各庄1477710415Ⅱ2G320 - 23/ 4521341524003200 开滦范各庄137078～18217～412Ⅱ1BYZ11831618002400 西山官地182028 53105～6119Ⅱ3BC520 - 25/ 4721541747075096 开滦林南仓118286～38410～512Ⅱ2BY320 - 23/ 4521341523503136 邢台东庞270229～12414～512Ⅱ2BT320 - 23/ 4521341523503136 邢台东庞2702213413～418Ⅱ2BY3600 - 25/ 5021551031403600 2设备机动性变差,对变化的工作面地质条 件适应性低; 3推进度降低,顶板管理更加困难; 4煤壁片帮加剧,工作面冒顶的机会增加。 定性的说,从综采最低可采高度到最佳采高, 产量与采高成正比;从最佳高度到最大采高,产量 与采高成反比。据统计,采高310～315m是单产 最高。采高从3m左右提高到415～510m ,几乎等 于从最佳采高提高到综采一次采全高的合理可采极 限放顶煤另当别论。所以,设计采高以小于 515m为好。另外,通过实测片帮深度c与采高h 之间的回归分析得到两者的定量关系式 c 211381 n h 17197 , r 0172 , c为片帮深度, cm; h为采高 , m 并据此对比分析知,当采高h 313 ～3185m时,片帮深度c随采高h增大而增大, h 大于3185m后片帮深度变化不大。而c趋于稳定, 故确定合理采高应大于3185m。因此,设计采高应 处于3185～515m之间。 3 工作面长度及推进度 工作面的产量和效率是随着工作面长度的增加 而提高。加大工作面长度不仅减少了准备和回采的 工程量,而且也相对减少了端头、进刀等辅助作业 时间,保证工作面高产高效;而提高工作面推进 度,尽量减少搬家倒面次数,为工作面连续稳产高 产创造了条件。我国煤矿高产高效综采技术发展趋 势为提高工作面单产,减少搬家次数,有条件的 矿井要适当加长工作面长度和采区走向长度。工作 面长度应达到200m ,部分条件好的矿井工作面长 度可随着工作面输送机铺设长度的增加,逐步达到 250～300m。但工作面长度和推进长度并非越长越 好。随着工作面长度的加长,推进度减少,循环率 降低,输送机的链条重量也增大,降低了动力效 率,故障也会增多;而推进长度的增加,导致运 输、巷道维护、通风等费用增加,吨煤成本提高。 为此,在确定工作面参数时本着技术上可行,经济 上合理的原则,借助计算机进行优化分析,优化结 果工作面长度在230～270m ,年推进长度2400m 左右比较优越。 4 存在问题 411 煤壁片帮甚至架前漏顶 41111 煤壁片帮的影响因素 1煤层节理裂隙等弱面分布及地质破碎带。 当总裁工作面推至断层影响带和煤岩松软带时,经 常会发生煤壁片帮,因工作面采高大,煤壁对地质 构造特别敏感,如遇落差较大的斜交断层,会诱发 大面积片帮。特别是倾斜断层危害更大。 2煤壁处的支承压力。当受上部煤层的煤柱 影响和在老顶来压期间都能引起支撑压力增高,进 而煤壁片帮成为松塌区,支撑压力载荷向深部转 移,支承压力越高,松塌区越宽。 3综采工作面管理及操作。如支架初撑力和 工作阻力过低或采高过大,使支架不能有效接顶; 移架不及时,或移架时降柱过多;为发挥护帮作 用;工作面工程质量差,支架挤、倒,或间距过 大,移不动仍盲目降柱;设备事故频繁,工作面推 进过慢,则顶板压力对工作面煤壁作用时间充分, 14浅谈我国大采高综采技术 最终导致片帮。 4此外老顶来压、工作面推进方向、仰俯斜 角度、煤壁暴露时间、顶梁接顶程度都对工作面片 帮有很大影响。 上述因素的交织作用,常导致片帮引起冒顶, 片冒交替,形成较为困难的顶板管理局面。 41112 防治煤壁片帮的措施 煤壁片帮及由此引起的冒顶的治理,可以从机 械装置及采矿技术两方面采取措施。 1改进顶梁端部结构,加装防片帮板。据统 计,大采高工作面煤壁片帮程度与是否采用支架护 帮板有关。使用护帮板并靠近煤壁时煤壁片帮会减 少;没有护帮板支护下的片帮几率约为有支护的3 倍。因此要提高护帮板的使用率,在机组割煤移架 后,立即打开护帮板护帮。在机组割煤前,提前于 采煤机1～2架才将护帮板收起,使工作面煤壁始 终在扩帮板支撑下。为了在片帮一发生情况下护帮 板仍能支撑柱煤壁,就要改进两端结构,要将护帮 装置安设在伸缩梁以至具有二级护帮装置。 2提高支架的实际初撑力和工作阻力。尽可 能提高泵站的供液压力或选择高压泵站32～ 35Mpa的供液系统,安设压力指示器,正确操作 移架后升柱;采用初撑力保持阀提高实际初撑力。 3工作面通过煤岩破碎带或老顶来压时加固 煤壁,提高其整体强度。如煤壁成大块状片落,有 一定的自稳能力时,可用木锚杆锚固煤壁;当煤岩 都很破碎、松软时,应考虑用化学方法加固煤岩。 4改进回采工艺和操作技术。采用及时移架 结构先拉架后推输送机的方法,使支架顶梁顶 住煤壁,采煤机只采底刀,如留有粘顶煤,可利用 支架顶梁铲落;工作面出现局部的片帮和大采高支 架歪倒、陷底、挤架等现象,应及时调整。 5在设计工作面适应避开上覆煤层遗留煤柱 对工作面造成集中压力;工作面推进方向上煤层注 节理应倾向煤壁;工作面应处于俯斜开采,避免仰 斜开采。 6应注意两端支护技术及三机配套。 412 大采高支架的防倒和防滑 我国大采高综采面液压支架稳定性事故率平均 高达6 ～10 以上,远比采高小于315m的综采 面严重,并已制约了大采高综采高产高效潜力的发 挥及其推广。可见,大采高液压支架倾倒问题已成 为生产实践中迫切需要研究解决的技术难题。 采高与支架重心高度是支架倾倒的重要影响因 素,而它们的影响程度与底板的倾角直接相关,倾 角在10 以内时, 5～515m采高的倾倒是容易控制 的。当倾角在5 以内时, 6m采高的倾倒也是能够 控制的。从重心高度对倾倒的影响来考虑,采高 4m支架重心不超过118m ,采高5m时,支架重心 不超过212m ,采 高6m时,支 架 重 心 不 超 过 215m。 1大采高排头支架的防倒 在工作面推进过程中,下端头排头支架的第一 架下侧护板始终紧贴运输巷上帮肩窝,作为支架工 作状态的控制标志。排头四架安装防倒千斤顶,使 支架顶梁两两相连,千斤顶安装在支架的顶梁上。 2回采过程中的控制措施 采用带压擦顶移架,以防止咬架和纵向倾倒。 严格控制好排头架的位置及迎山角,即迎山角始终 保持在3 ～5 的范围内,支架调斜角始终控制在5 以内。掌握好工作面推进时的伪斜角,正常情况下 伪倾角即工作面煤壁与下运输道的夹角控制在 95 左右。 3移架顺序 移架顺序对支架的倾倒有明显的影响,由上而 下移架明显优于由下而上移架,为此,在倾角大的 条件下在工艺上可考虑成组移架,组间由下而上, 组内由上而下,从而改善支架的稳定性。 5 结 语 1大采高综采技术的突出难点在于采面开采 高度大、机械设备重型化,导致支架2围岩系统控 制和综采设备配套问题成为采矿难题之一。 2加强综合地质水文勘探与顶板矿压测定。 3矿工作者应十分重视大采高带来的顶板运 动和液压支架工作阻力的变化,专门深入的研究大 采高综采面液压支架稳定性问题。 4液压支架是综采工作面主要设备之一,应 向两柱式掩护式液压支架方向发展,液压支架技术 另一重大突破是控制系统,应用电液控制技术。 5支架液压信息采集与液压系统故障检测、 支架2围岩保障系统及综采装备技术改造是保障大 采高综采面高产高效开采的关键技术。 收稿日期 2003年4月27日 〔 作者简介〕 郭宝华1979 在读研究 生 研究方向为矿山压力与控制 24中国矿业2003年第12卷第10期