新泰市羊泉煤矿4202面大倾角煤层综采技术应用

2023年12月31日发(作者：水生哺乳动物)

工业技术2013 NO.24Science and Technology Innovation Herald科技创新导报新泰市羊泉煤矿4202面大倾角煤层综采技术应用①杨文军 张照发 杨彦(新泰市羊泉煤矿 山东泰安 271207)摘 要：新泰市羊泉煤矿大倾角中厚煤层综合机械化开采技术，针对煤层倾角大(30 °以上)的难点，以工作面支护系统为核心，采煤工艺为重点，通过调采、防滑、防倒、防飞矸等措施，取得了显著效果。关键词：大倾角 顶板管理 复合顶中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013)08(c)-0033-02目前，综合机械化采煤设备一般适用于煤层倾角小于15 °的缓倾斜煤层条件。随着煤炭开采的时间推移和开采强度的不断扩大，在全球范围内，一些开采时间较长或地质条件较复杂的矿井，满足常规综采开采条件的工作面储量逐渐减少甚至枯竭，遗留的块段、煤柱等储量中，大倾角复杂地质条件的逐渐增多。而在目前条件下，大倾角煤层走向长壁工作面不论是开采设备与工艺，还是围岩控制理论与方法的选择都受到很大制约，开采难度大、安全隐患增多，导致开采大倾角煤层的矿井几乎由于开采方法与设备及围岩控制问题都发生过安全事故。因此，研究在大倾角复杂地质条件下的安全高效综放开采技术，并使其取得良好的技术经济效果，对拓宽综采工艺的适用范围、发挥综放开采潜力，提高矿井机械化开采水平、经济效益和煤炭采出率有重要意义。下面就新泰市羊泉煤矿在大倾角煤层综采方面取得成功经验与大家分享。1 工作面概况羊泉煤矿4202工作面煤层倾角35～

42 °，平均煤厚2.4 m，为-520水平四采区第一个工作面，直接顶为厚2 m的煤岩互层，较稳定，直接底为泥质页岩厚0.2 m。工作面选用倾斜长壁综采工艺，全部垮落法管理采空区顶板。主要设备配置选用ZY2800／13／30液压支架，MG160/380-WDK型号采煤机，SGZ-630／220 kW型号刮板输送机。工作面支架允许平均采高2.2 m,循环进度0.6 m。本面采用双滚筒采煤机双向割煤,往返一次进两刀。的能力。如用k、λ分别表示支架下滑、倾倒稳定性指数，则FkRFMRM式中：FR、MR—— 支架的抗下滑力及抗倾倒力矩;F、M—— 支架的下滑力及倾倒力矩。支架稳定临界状态通过以上两个图可以看出，支架的状态关系到下滑和倾倒临界状态，具体如下：①自由状态f1GsinbGcoshGsin

其中：f1Gcos②初撑状态

f1f2GsinbGcos2bR022hf2hGsin其中：

f1(GcosR01)2 大倾角、复合顶煤层综采关键技术2.1 大倾角综采支架倾倒和倾倒力学模型受自重及重力分力等作用的影响，大倾角综采工作面支架在工作过程中会出现沿倾向（支架横向）下滑和倾倒现象。单个支架在工作面的下滑、倾倒状态可简化为图1所示的力学模型。2.2 支架稳定性分析支架的稳定性是指支架抗下滑和倾倒f2R02③工作状态

f1f2(GGd)sinb(GGd)cos2(bR2hf2)h(G)h(G2Gd)sin

其中：f1[(GGd)cosR1]f2R2上式中：μ—支架与顶底板间的摩檫系数，0.35～0.4；G—支架重量，kN；α—煤层倾角，支架下滑模型图a自由状态；b初撑状态；c工作面状态(°)；Gd—作用于支架顶梁上的岩重，kN；Roi、Ri—初撑力、工作阻力引起围岩对支架的反作用力，kN；R0、P—支架设计初撑力、工作阻力，kN；h、b—支架高、宽，m。取k=λ=1，则支架下滑与倾倒临界倾角分别为：

[h]arctg()b[d]arctg()h（2）稳定性分析支架下滑模型图a自由状态；b初撑状态；c工作面状态图1①作者简介：杨文军(1972—)，男，山东省新泰市，大学，工程师，现任新泰市羊泉煤矿矿长，研究方向：采矿工程专业。科技创新导报

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科技创新导报2013 NO.24Science and Technology Innovation Herald通过上述4式又可得出：引起的下滑重要原因。工作面倾角较大时，①自由状态只有当运输机下滑力小于或等于最大静摩k1ctg擦力时，才不会下滑。输送机受力分析如图21b所示。hctg由图2可知，

运输机不下滑的条件为：②初撑状态

2GsinPfk2k1G0其中：

fGcos所以，2(sinbh)P

输送机不下滑的条件为：21hG0sinGsinGcos③工作状态式中：G—转运机重量；

k2α—煤层倾角；3k1P(GGd)sinμ—摩擦系数，一般取0.35～0.4。2(为使输送机不下滑，其角度应为：31bh)Ph(GGd)sin

arctan由上述三式中可知，支架的稳定性取决如果不考虑其它因素，输送机不下滑的于两方面因素:即支架本身和工作面地质与工作面倾角应小于19°～22°，当煤层倾角大生产技术条件。于19°～22°时，运输机将产生下滑，而且倾（3）支架因素角越大，下滑现象越严重，这时就要采取相影响稳定性的支架因素主要有：应的技术措施应对。①支架的初撑力P0和工作阻力P。另外，除自身重力引起的下滑外，以下②支架高度h和宽度b。原因也可能造成运输机下滑：③支架重量G。在自由状态下，重量对（1）运输机机头与转载机机尾搭接不支架的稳定性没有影响。当，导致底链与底板摩擦阻力过大，引起运地质及生产技术因素。输机下滑。煤层倾角α对支架稳定性起到很大影（2）各种人为原因。如运输机推移不响，主要是影响到其地质和生产技术，顶底当、支架与刮板运输机不垂直等。板介质（表现为摩擦系数μ）、直接顶破断（3）煤机的运行方向。上行割煤时，煤岩块重量Gd，最大及最小采高h及底板比压壁的反作用力通过采煤机传递于运输机，（表现为支架底座宽度b）。增大运输机下滑趋势。①由ki、λi的表达式中可见，在任何情2.4 工作面支架受力不均况下，倾角对支架稳定性的影响一直存在，由于工作面倾角大，在煤层采出后，冒倾角对其稳定性的影响成反比，倾角越小，落的矸石必然滑向工作面的下部。工作面下稳定性越好，反之则越差。部充填较满，上部或冒空区除了易聚积瓦斯②顶底板的摩擦系数μ越大，支架的下外，必然使回采面支架受力不均，下部支架滑稳定性越好。承受较多冒落矸石及上部岩层作用，上部支③直接顶破断岩块重量Gd与支架的稳架承受顶板压力较小，因而其稳定性较差。定性成反比。2.3 采煤设备的滑倒3 大倾角、复合顶煤层综合机械化开采2.3.1 输送机稳定性分析的安全技术措施在综采工作面，输送机与支架在不断在探明构造的基础上，分析工作面存在前移过程中，通过推移杆的作用，彼此相互问题的产生原因和回采工艺过程、环节，结影响，相互制约，在大倾角的情况下表现尤合倾斜煤层开采对回采设备的要求，采取为明显。支架的稳定在一定程度上制约着下列技术措施。运输机的下滑，而运输机的下滑将直接带3.1 防止顶板垮冒动支架下滑，严重时会导致支架的歪斜与将液压架型支护强度设计为0.59 MPa。倾倒。因此保持运输机的相对稳定，是“支通过矿压观测和采高插值法计算，工作面架—运输机—采煤机”工作面三机配套系所需顶板支护强度通常为0.411 MPa左统的关键环节之一。右，其支护强度均可满足。与传统单体支柱当煤层倾角过大时，运输机自身重力是相比，该综采支架前梁较长，可及时前移支图2 输送机受力分析图34科技创新导报

Science and Technology Innovation Herald工业技术护顶板，避免端面距过大造成冒顶事故，顶板安全程度明显提高。3.2 输送机防下滑措施（1）合理有效的利用支架与输送机的相互锚固装置。（2）为避免运输机出现故障（如上窜下滑），4202工作面的伪倾斜应根据工作情况适时进行调整，以减少其运输阻力，保证输送机正常工作。（3）有效利用防滑千斤顶。3.3 支架防倒防滑措施采用具有防倒防滑功能的支架，在工作面推采过程中严格控制支架初撑力、随时调整歪扭支架，合理改变推移顺序，防倒防滑。（1）重点控制机头几架的防倒、防滑。下端头几架用斜拉千斤顶结成一体，基本架每三架为一组，在架间底座前后分别用千斤顶相联，用以调正架位、导向和防滑，防止排头支架下滑倾倒。（2）提高支架的初撑力，在采用高压泵的同时，支架总进回液管路采用大管径进回液高压油管，减少泵站压力损失，从而提高支架的初撑力，提高支架的稳定性。（3）合理控制伪倾斜，一般控制倾角的1/2～1/3，再结合工作面具体情况进行调整，总体以支架不上窜下滑为原则。加强支架检修，防止支架自降。3.4 加强顶板管理工作（1）采煤工作面安装、初次放顶、结尾回收要制定专项安全技术措施。（2）在顶板破碎地段，要加强工作面支护，及时移架，严禁空顶作业。（3）搞好工作上、下端头支护及上、下顺槽超前支护工作，确保上、下安全出口畅通。（4）工作面过断层、老巷、老空时及处理冒顶时，要制定专项安全技术措施。（5）工作面必须严格执行敲帮问顶制度，及时处理危石、活矸。（6）及时调整支架歪斜，尽可能沿顶回采，不留顶煤，防止顶煤掉落后造成倒架。3.5 加强防滚矸飞矸工作3.5.1 本工作面安装的防滚矸、飞矸装置。（1）工作面自第一架开始，沿倾向方向吊挂一排挡矸网，网孔为0.05 m×0.05 m，网高1.0 m，网径为10 mm粗的尼龙绳。网的上端固定在支架顶梁下方，用8#铁丝配合刹钩吊挂，每架至少挂两处，下端固定在运输机的电缆槽上，用铁丝拴牢，及时更换或补修防矸网烂网、破网地段。（2）在运输机下机头处、转载机下帮打设一排液压支柱，柱距0.2～0.3 m，在支柱上方正对运输机机头处吊挂旧皮带，吊挂高度为运输机机头高度，下面要接触底板，皮带要固定牢靠、结实，以防运输机有（下转36页).. All Rights Rerved.

科技创新导报2013 NO.24Science and Technology Innovation Herald工业技术有监控单元（SU）的通信电源及环境、机房视频图像的工作状态和运行参数，并通过文字、语音通知、报表等方式，实时的对运行设备的当前状态和告警信息进行监测，并且根据不同的工作要求，依托系统强大的数据库功能，根据局站、设备类型、告警时间段、告警历时、告警级别对历史告警数据进行分类查询、统计和分析处理，处理结果能够以Excel表格的形式进行保存，方便进行一系列的后期处理。同时，还在中心机房（大柳塔通信机房）内设置了一台通信电缆防盗测试仪，主要是对防止电缆被盗以及被盗后追踪的作用，同时仪器还能在第一时间内自动电话通知监控中心（调度室）值班员，以便通知相应的维护人员做出反应动作，把损失减少到最低程度。表格报表所有功能外，还能从中导出丰富的图表，包括Excel等格式，方便日后的数据分析和再处理。该系统提供的日志功能对于设备的维护也起到了重要的作用，尤其是交接班日志的开发，能够为系统的维护和管理提供强有力的支持，此外，丰富的维护管理功能还包括了完善的数据库管理、支持系统数据恢复和升级，对各种数据的整理分析，对设备状态的自动诊断。2.5 系统的扩展和优化C/S结构软件的嵌入，更加方便管理者对其进行监视和操作，接入不同的模块，能对系统的运行、维护、管理等功能进行不断的扩展和优化，提高了工作的效率，还能节省投入，实现可持续发展。3.1.2 智能环境采集接口模块该模块主要是利用各种型号的环境传感器，实现温/湿度、烟雾、水浸、门禁、红外等各环境参数的采集及处理。各环境参数经由传感器转换为电信号传达到该模块后，由A/D将模拟信号转换为数字信号，再经过黑匣子处理送至监控终端，实行操作。3.1.3 空调监控模块它可对空调的运行状态、温度进行监测，并可对空调进行遥控。3.1.4 智能协议转换模块它主要用于各类智能设备，如智能电源、智能空调等的监控，可以进行数据的收集、处理等操作，送至本地终端，并可接受指令对被监控设备进行远程控制。3.1.5 电源监控模块它主要对非智能电源的运行状态监测，可监测电压、电流、频率、相位等模拟量，在停电的时候会出现停电告警信息。3.1.6 电池监控模块本模块主要用于监测通信电源（开关电源、UPS）的蓄电池单体状态，其中监测的信息参数有蓄电池电压、工作状态、电池组总电压等。3.2 监控中心监控中心（SC）主要的功能是对现场监控设备传送的各类信息进行汇总和分析、处理。它的任务是对各类传输到的信号，进行接收、采集、处理并上传等，还能够保存历史数据、实时监测数据变化和一旦发现数据异常的报警，除此之外，监控中心还具有配置管理、安全管理等功能。监控主机软件的设计主要是采用面向对象的方法，软件结构设计上实现模块化和层次化，而且还适应于各种工作环境，其工作示意图如图2所示。对于神东集团信息中心而已，集中监控中心设在调度室，其主要职能是集中监视所340 mm时，及时拉超前架维护顶板，升紧顶梁，打开护帮板顶紧煤帮。工作面顶板破碎处，要及时打开护帮板进行支护顶、帮。(4)工作面失效立柱、千斤顶及漏液阀组管路必须及时更换，此外还应对支架立柱进行二次注液，以保证支架初撑力>24 MPa。当工作面处于周期来压和支撑压力两个高峰区时，不应采取调采措施。(5)必须自拉茬处拉线，按线移架，移溜时顺直溜子。(6)支架要保持完好状态，随着工作面向前推采，及时调直溜子、调正支架。(7)拉茬处溜子弯曲度控制在允许范围内，防止溜子弯曲过大导致扒口、错茬，造成事故。3 动力环境集中监控系统在矿区无人值守通信机房的应用3.1 现场监控SU是监控系统中最基本的单元，设置于被监控的无人值守通信机房。监控内容取决于现场SU的配置，监控质量即多点多时间报警的响应与时延取决于监控终端的设置。SU的组成包括监控终端、智能环境采集模块、环境传感器、空调监控模块、智能协议转换模块、电源监控模块和电池监控模块等。主要功能是对通信机房内的电源、智能化采集和处理，及时的接收监控中心4 结语目前，神东煤炭集团信息中心所属54个通信机房，已全部使用PSMS系统，主要解决了无人值守通信机房内的动力设备、空调系统、局房环境系统等实时监控的问题，保证了通信网络运行的稳定性、可靠性，有效降低了运行和维护成本，为通信站无人值守提供了有效的手段，经过近几年的运行，取得了明显的成效，逐步实现了通信机房无人值守，积极响应了公司的减员增效的号召，具有显著的实用价值。空调、门禁、消防、环境及图像的数据进行.. All Rights Rerved.传来的控制命令，完成相关的远程控制动作，实现高效化、智能化。3.1.1 监控终端它的组成部分有数据采集模块、分析处理模块和电源，对开关量、模拟量进行采集，多种输入/输出方式，并可控制开关；对采集的数据进行编码处理并上传，接收SC的控制命令。其供电方式可以采用UPS或由直流电源逆变提供。(上接34页）大块矸石滚出伤人。如皮带松懈或挂烂时，要及时重新吊挂或更换皮带。随着运输机机头的推进及时前移挡矸装置。（3）在支架前梁下正对运输机槽子处安设防滚矸装置（可以通过液压系统进行操作，不影响正常割煤），装置下部安设缓冲胶带，防止运输机中的矸石滚出伤人。采面每隔15 m安设一处。3.6 调采措施(1)4202综采面调采上头使支架、运输机合理下滑，调采下头使支架、运输机合理上窜，保持工作面运输机机头与下巷转载机机尾正常搭接。采用单向移溜方式辅助下滑或上窜。(2)拉茬要选在顶板完好处，两次拉茬之间的距离不得小于10 m。(3)调采过程中，拉茬处端面距超过参考文献[1] 段敏.动力环境集中监控系统在矿区通信机房的应用[J].山东煤炭科技,2010（6）：68-69.[2] 胡新雄,裴先登,林安,等.通信电源及机房环境计算机集中监控系统设计[D].新电脑,1999:41-48.[3] 艾默生网络能源有限公司.艾默生动力环境集中监控软件V4.39.2004.技术在应用过程中，支架防倒、防滑设施运行可靠，采煤机无下滑事故，液压支架和工作面输送机下滑在控制范围之内，确保了工作面正常推进，实现了安全、高效生产，为四采区乃至整个井田的综采工作提供了可靠的技术数据，安全效益显著，值得推广应用。参考文献[1] 郭长城.大倾角煤层综采工作面安全回采技术的理论与实践[J].科技资讯,

2011(31)[2] 张志宏.复合型顶板条件下综采工作面顶板事故原因分析及对策[J].煤矿现代化,2007(2).4 结语4202大倾角中厚煤层综合机械化开采36科技创新导报

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