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大傾角特厚煤層綜放支架防倒防滑安全保障技術

文檔作者：孫占國，婁金福文檔來源： 1．平莊煤業(yè)(集團)有限責任公司 2．天地科技股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月21日
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第16卷第6期(總第103期)
2011年12月
煤 礦 開 采
Coal mining Technology
Vo1．16No．6 (Series No．103)
Deeember 201 1
大傾角特厚煤層綜放支架防倒防滑安全保障技術
孫占國 ，婁金福
(1．平莊煤業(yè)(集團)有限責任公司，內蒙古赤峰024000；2．天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部，北京100013)
[摘要] 基于古山礦三井大傾角特厚煤層的地質條件，圍繞綜放面裝備防倒防滑的技術難點，
從液壓支架結構、工作面布置方式、放煤工藝、工作面管理等方面進行了研究，并制定了安全保障技
術。主要保障技術：端頭3架組成錨固站，作為工作面支架縱向穩(wěn)定性的基礎；支架安裝高強度雙側
可調活動側護板，并設置底座調節(jié)機構；工作面采用“傾斜一圓弧過渡一水平” 的布置方式，減小工
作面機頭坡度，保證機頭支架的穩(wěn)定性；通過放煤工藝優(yōu)化模擬，確定采用“單向割煤，二采一放”
的放煤方式，以控制支架下滑；沿著工作面傾斜方向，工作面上部由上而下放煤以保持支架的穩(wěn)定
性；工作面其他地段由下而上放煤有利于提高頂煤回收率。工業(yè)性試驗表明，綜放面設備穩(wěn)定性良
好，頂煤回收率達80％ ，實現(xiàn)了大傾角綜放面的安全高效回采，對于類似地質條件的綜放裝備防倒防
滑具有借鑒意義。
[關鍵詞] 大傾角；綜放開采；防倒防滑；放煤工藝
[中圖分類號]TD823．4 93 [文獻標識碼]A [文章編號]1006-6225(2011)06-0039-03
Anti-sliding and Anti-toppling Technology of Top--coal Caving Powered Support for
Extremely-thick Coal--seam with Large Angle
SUN Zhan．guo ．L0U Jin．fu
(1．Pingzhuang Coal(Group)Co．，Ltd，Chifeng 024000，China；2．Tiandi Science＆Technology Co．，Ltd，Beijing 100013，China)
Abstract：This paper built up safety safeguarding technology for Gushan Colliery after researching powered support structure，mining
face design，top—coal caving technique and mining face management based on geological condition of extremely—thick coal—seam with
large inclined angle．3 face—end powered supports were composed as anchored station for longitudinal base of powered supports．Adjust—
able side—guard plate with high strength and base adjustment structure were installed in powered support．Mining face was design as
“inclined—arch—horizontal”layout to reduce grade and ensure support stability at scrapper head．Mining method USeS“single direction
mining and 2 mining 1 caving” to control support sliding．Top—coal caving at mining upper section was from the top down to keep sup·
port stability and caving from the down top at other section to be benefit for improving top—coal recovery ratio．Practice showed that equipments
stability was good and top—coal recovery ratio reached 80％ ．The technology realized safe and high-eficient mining large inclined
angle coal—seam and provided reference for equipment anti-sliding and anti—toppling under similar geological condition．
Key words：large inclined angle；full—mechanized caving mining；anti—sliding and anti—toppling；top-coal caving tehcnique
國內大傾角綜放開采的實踐表明，綜放開采技
術在應用于大傾角特厚煤層時，由于煤層傾角大，
以液壓支架為主的綜放裝備傾倒下滑的趨勢增大，
如何保持液壓支架的穩(wěn)定性是大傾角綜放面急需解
決的技術難題。本文以平莊煤業(yè)古山礦三井大傾角
綜放面為例，從液壓支架的穩(wěn)定性方面研究大傾角
工作面設備的防倒防滑保障技術。
1 工作面地質條件
平莊煤業(yè)古山礦三井西一西065—2綜放面開采
6—2煤層，煤厚平均7．5m，傾角28—41。，平均
36。；煤層堅固性系數(shù)0．92—1．03。煤層偽頂多賦
存薄層泥巖，受層問滑動而破壞，遇水泥化膨脹，
層位不穩(wěn)定，易脫落，屬軟弱結構面；直接頂為變
質煤或薄層泥巖；基本頂為砂巖、砂礫巖。6-2煤
層頂板巖石堅固性系數(shù)1．78—2．25，屬于松軟巖
層。底板多以粗砂巖，泥質砂質為主，穩(wěn)定性較
好，堅固性系數(shù)1．80～1．85，屬于松軟巖層。
2 優(yōu)化支架結構
液壓支架的防倒防滑性能是大傾角工作面設備
穩(wěn)定性的關鍵，優(yōu)化支架結構是保持支架穩(wěn)定性的
[收稿日期]2011—08—18
[基金項目]“十一五” 國家科技支撐計劃資助項目(2008BAB36B01，2008BAB36B12)
[作者簡介]孫占國(1961一)，男，遼寧凌源人，現(xiàn)任內蒙古平莊煤業(yè)(集團)公司副總經(jīng)理。
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總第103期 煤礦 開 采 2011年第6期
前提。根據(jù)西一西065—2綜放面大傾角、煤層松軟
的特點，借鑒國內大傾角綜放面的實踐經(jīng)驗，從以
下方面對支架進行防倒防滑的結構優(yōu)化。
(1)將端頭3個支架組成錨固站，提高綜放
面支架的縱向穩(wěn)定性。該端頭錨固站具有3方面的
功能：前調功能，就是將3個支架的底座前端分別
用千斤頂連接，調整支架底座的位態(tài)；防滑功能，
將1，3架的底座分別用防滑千斤頂和礦用圓環(huán)鏈
連接，防止第1架的底座下滑，見圖1；防倒功
能，就是將3個支架的頂梁分別用防倒千斤頂連
接，防止排頭支架傾倒，見圖2。
1一圓環(huán)鏈筒；2一防滑千斤頂；
3一底座；4一千斤頂；5一底座過橋板
圖1 端頭錨固站前調、防滑連接
l
1一防倒千斤瑣；2- 環(huán)鏈及連接頭
圖2 端頭錨固站防倒連接
(2)設置底座調節(jié)機構。每架設置一組調架
機構，安裝在底座后部。支架升架時，本架調架機
構以相鄰支架的底座為支點，確保本架縱向穩(wěn)定
性；支架前移時，調節(jié)相鄰支架底座之間的問距。
國內大傾角礦區(qū)的生產(chǎn)實踐表明，綜放面傾角
增大時，支架重心逐漸偏離支架中心線，采用底座
調節(jié)機構可以實現(xiàn)快速調架。
(3)設置高強度雙側可調活動側護板。西一西
065—2工作面傾角大，導致支架傾向受力增大，需
要加強側面結構強度，措施如下：增加側護板高
度；增加側護板的鋼板厚度；增加千斤頂?shù)膫韧?
力；側護板內側加焊肋板，提高抗彎強度。
(4)前部輸送機保持穩(wěn)定。沿綜放面傾斜方
向，從機頭開始每15架設置1組防滑機構，由液
40
壓油缸、礦用圓環(huán)鏈、控制閥組成。該機構連接支
架底座與輸送機底擋板，確保液壓支架與輸送機滑
槽相對位置保持不變。
以上述優(yōu)化設計為考察依據(jù)，經(jīng)支架架型和工
作阻力確定，ZF4600／17．5／28綜放支架對于西一西
065—2綜放面具有良好的適應性。ZF4600／17．5／28
支架采用整體頂梁、伸縮梁和護幫板的結構形式，
實現(xiàn)頂板及時支護；頂梁、掩護梁設置雙側可調側
護板；頂梁設置防倒千斤頂，預留防倒千斤頂耳
座；底座采用整體剛性結構，側面設有調架機構；
底座前端和后端分別設置防滑千斤頂，防止前后輸
送機下滑。西一西065—2綜放面設備配套見表1。
表1 工作面設備配套
3 優(yōu)化工作面布置方式
(1)工作面布置方式：為了有效遏制開采設
備的整體下滑和支架傾倒，提高支護系統(tǒng)的穩(wěn)定
性，同時解決刮板輸送機與轉載機搭接問題，西一
西065—2綜放面采用“傾斜一圓弧過渡一水平” 的
布置方式，在機頭15m范圍內留設近水平平臺，
使工作面機頭坡度變小，然后緩慢起坡，以此保證
機頭支架的穩(wěn)定性，見圖3。
圖3 工作面“傾斜一圓弧過渡一水平” 布置
(2)工作面?zhèn)窝鲂蓖七M：在工作面推進方向
上，西一西065—2綜放面機頭超前機尾，采用偽仰
斜推進，偽傾角控制在5～8。，控制支架下滑。
4 優(yōu)化放煤工藝
大傾角綜放開采研究表明，放煤工藝與支架穩(wěn)
定性密切相關。由于工作面傾角增大和放頂煤過程
的影響，破碎頂煤發(fā)生滑落，沿傾斜方向頂板的抽
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孫占國等：大傾角特厚煤層綜放支架防倒防滑安全保障技術 2011年第6期
冒范圍會迅速擴大，造成多架不接頂，甚至發(fā)生倒
架事故。因此，在確保支架穩(wěn)定的前提下，優(yōu)化放
煤工藝，提高頂煤回收率，是大傾角綜放面安全高
效開采的重要保障。
采用PFC顆粒流計算程序，模擬分析了不同
放煤步距、放煤順序對于頂煤回收率和支架穩(wěn)定性
的影響，研究結果如下。
(1)確定采用“單向割煤，二采一放”，防止
支架下滑。為防止設備下滑，西一西065—2綜放面
采用上端頭斜切進刀 下行割煤一上行清浮煤的單
向割煤工藝。下行割煤時，煤壁的反作用力通過采
煤機傳遞于輸送機，阻止輸送機的下滑趨勢。
西一西065—2綜放面采煤機截深0．6 m，初步
提出了“一采一放”、 “兩采一放” 和“三采一
放”共3種放煤方案，并采用數(shù)值模擬對比分析
了各方案的頂煤冒放情況。頂煤回收率統(tǒng)計表明，
“
一采一放”時頂煤回收率為58．2％ ， “兩采一
放”時頂煤回收率為76．9％ ，“三采一放” 時頂煤
回收率為65．9％ ，見圖4。在確保支架穩(wěn)定性的前
提下，優(yōu)先采用“兩采一放”，即放煤步距1．2 m。
薔
00
80
60
40
20
0
一—采—放一二采一放—．-三采一放
l 2 3 4 5 6 7 8
放煤循環(huán)次數(shù)
圖4 3種方案的頂煤回收率對比曲線
(2)工作面上部下行放煤，下部上行放煤，
保持端頭穩(wěn)定，提高頂煤回收率。為了進一步研究
放煤順序對支架穩(wěn)定性和頂煤回收率的影響，根據(jù)
西一西065—2綜放面開采地質條件，建立了大傾角
綜放開采模型，通過對比分析上行放煤、下行放煤
的放煤效果，得出以下結論：采用上行放煤順序，
頂煤回收率為87．5％ ；采用下行放煤順序，頂煤
回收率為72．6％。由此可知，采用上行放煤順序
時頂煤回收率提高15％ 。分析煤矸堆積形態(tài)發(fā)現(xiàn)，
上行放煤時頂煤容易放出，但會發(fā)生頂煤漏空；下
行放煤時頂煤回收效果較差。
綜合考慮頂煤回收率和支架穩(wěn)定性等因素，西
一西065—2綜放面適于采用分段問隔放頂煤工藝，
即工作面上部約30m范圍內從上而下問隔放煤，
其余地段從下而上間隔放煤，提高頂煤回收率；在
下部約30 m范圍內采用補放的方式，放出由上部
滾落到工作面下部的殘留煤。
5 加強綜放面管理
(1)規(guī)范側護板朝向 頂梁側護板是支架的
主動防倒系統(tǒng)，在正常使用時，側護板推出貼緊鄰
架的頂梁起到防漏矸的作用，當支架有一定的傾倒
量時，側推液壓油缸伸出，靠側推液壓油缸的液壓
力及時扶正支架。
(2)嚴格控制采高，嚴禁超高采煤 采煤機
司機割煤時，一方面要嚴格控制采高，另一方面沿
頂割煤，不能留有傘檐，保證頂梁與頂板充分接
觸，使支架有足夠的初撐力。
(3)實行帶壓擦頂及時移架 采煤機過后要
及時移架，一般跟機5～8架，保證一次移架到位。
(4)規(guī)范調架操作 每次移架時都要進行調
架操作，使支架垂直頂?shù)装迩矣?～3。的迎山角，
如果出現(xiàn)單架傾斜或失穩(wěn)時要立即處理。嚴格控制
支架狀態(tài)，嚴防支架出現(xiàn)調向或擠架、咬架現(xiàn)象。
6 結束語
工業(yè)性試驗期間，西一西065—2綜放面共推進
860m，設備穩(wěn)定性良好，頂煤回收率超過80％ ，
實現(xiàn)了大傾角松軟特厚煤層的安全高效開采。生產(chǎn)
實踐表明，針對大傾角特厚煤層綜放開采設備防倒
防滑難題，古山礦三井在液壓支架結構、工作面布
置方式、放煤工藝、工作面管理等方面制定的安全
保障技術，有效解決了大傾角綜放面的防倒、防滑
難題，對于類似綜放面裝備防倒防滑有借鑒意義。
[參考文獻]
[1]黃志增，任艷芳，張會軍．大傾角松軟特厚煤層綜放開采關
鍵技術研究[J]．煤炭學報，2010，35(11)：1878—1880．
[2]樊運策．高產(chǎn)高效綜放開采新技術新裝備的試驗研究[A]．
地下開采現(xiàn)代技術理論與實踐新進展[c]．北京：煤炭工業(yè)
出版社，2007．
[3]張會軍，閆少宏，毛德兵，等．頂煤采出率與直接頂厚度關
系的PFC數(shù)值模擬研究[J]．煤礦開采，2009，14(6)：7—9．
[4]付國芳．急傾斜采煤工作面防倒防滑裝置的研究[J]．礦山
機械，2009(1)：10．
[5]張武東．大傾角、大俯角條件下大采高液壓支架穩(wěn)定性的研
究[J]．礦山機械，2010(1)：21．
[6]但松林．大傾角超長綜放工作面的開采實踐[J]．礦山機械，
2010 (7)：30．
[7]張書敬．柴家溝煤礦綜放工作面優(yōu)化設計[J]．煤礦開采，
2006，11 (4)：30—31．
[8]張超．大傾角采煤工作面設備的防倒防滑措施[J]．煤礦
機械，2011，32(3)：172-173．
[責任編輯：鄒正立]
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