柴文祝
(山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿技术创新办公室，山西 古交 030206)
引 言以屯兰矿井下地质条件为基础，利用力学原理及围岩应力知识分析大倾角综采工作面开采技术难题，重点解决了综采工作面刮板输送机、采煤机、液压支架灯设备下窜下滑以及歪道等技术难题，用合理科学的方法提高了煤炭资源回收率，同时做好顶板管理及“一通三防”工作，确保了工作面安全顺利推采，实现了综采技术在大倾角工作面困难条件下的开采应用，为同等条件下开采提供了实践保证和科学依据，具有很好的使用价值和推广前景。
1 屯兰矿地质条件西山煤电屯兰矿22306工作面位于北三盘区左翼，东接北三轨道巷，西邻古交市富源洗煤厂保护煤柱。工作面标高673 m～810 m，水平名称+750，走向长1 613 m～1 686 m，倾向长188 m。2、3号煤层厚度稳定，合并开采，2号煤厚1.70 m～2.60 m，平均约2.06 m；2号煤与3号煤之间夹一层砂质泥岩，厚0.45 m～0.80 m，平均约0.59 m；3号煤厚0.55 m～0.76 m，平均约0.66 m；煤岩总厚均约3.31 m，煤层有益厚度均约2.72 m，可采储量约103.5万 t。煤层最大倾角14°，最小倾角2°，平均7°。
该工作面地质构造复杂，断层及褶曲发育，工作面两顺槽及瓦斯治理巷掘进过程中共揭露9条正断层。其中最小落差0.6 m，最大落差14 m。根据地表及两顺槽揭露情况分析，该工作面切眼附近为元家山向斜轴部，东翼煤层倾角较大整体呈8°～14°下山，西翼煤层倾角较小，整体呈2°上山，受其影响，枢纽附近伴生断层及节理发育，煤岩层产状变化较大，并且出现煤质松软、裂隙发育、瓦斯异常涌出等现象。
2 问题分析根据屯兰矿地质条件可知，屯兰矿22306沿推进方向350 m～850 m段工作面胶带顺槽最大坡度为14°，轨道顺槽最大坡度12°，在大倾角条件下，开采过程中煤层顶板和上部煤层会垮落并沿着倾斜方向滑落并滚落到工作面下部，导致在已回采区域内形成非均匀的充填区，采面沿倾斜方向的围岩变形和支承力重新分布，采面底板围岩向采空区域内的位移增大，使岩石发生变形和破坏的可能性增大。如果煤层底板被破坏，会产生岩石滑移，造成底板失稳引发采面支护系统失稳和围岩灾变，导致原本处于稳定状态的设备下滑，增大倾倒的可能性，出现支架、刮板机下滑，架前大块煤(矸)飞滚等现象，严重影响工作面回采时的安全及效率。综上所述，屯兰矿井下影响生产和安全的主要难点有以下四个方面。
1) 采煤机的防滑，控制割煤速度及滚筒停放位置，并在工艺上进行控制。
2) 刮板输送机的防滑，支架合理的调向。
3) 端头支架的防滑，端头支架相互牵引，并改变移架顺序。
4) 液压支架的防倒，工作面“三平一直两畅通”，随时调整支架的支护状态。
3 采取的技术方案3.1 工作面支护强度保证北三盘区左翼22306工作面处于矿井深部开采，矿山压力相对较大，回采期间矿压显现更为明显，且由于工作面倾斜布置较长，在增加了设备负荷的同时，使得循环时间相对延长，循环进度减慢，工作面周期来压步距缩短，加快了周期来压频率，矿压易于集中，主要变现在工作面经常片帮，顶板破碎下沉，离层抽条等。为合理掌握矿压显现规律，初采该工作面时，就在液压支架上安装了矿用数字压力计，以便随时观测工作面矿压显现及支护质量情况。在工作面主要采取的保证支护强度的措施如下。
1) 工作面严格执行“三直一平两畅通”，紧跟2号煤顶板、3号煤底板回采，严禁留顶底煤。支架工拉架过程中，必须及时扶架、靠架，预防支架倒架现象，保证支架与地板的夹角不超过5°。支架工操作完支架后，必须升紧支架后再等候4 s～5 s，保证支架初撑力合格。
2) 回采作业过程中，泵站压力必须保持30 MPa，保证支架初撑力，并满足推移运输机要求。回采过程中，应对两顺槽超前段加强顶板观测，加强顶板支护。
3) 片帮地段端面距过大时，对帮、顶采用打锚杆、单体以及圆木保证支护强度。
4) 拉移机尾超前支架时，要保证顶板完好，若顶板破碎，及时采用工字钢维护顶板。
5) 严格控制追机作业距离，顶板破碎时及时带压移架。支架工必须紧跟采机后滚筒，及时拉架，采煤机司机与支架工必须密切配合，支架跟不上时，采煤机司机必须停机，待支架跟上采机后滚筒时，方可正常启动采机牵引割煤。
6) 采取二次移架方式，缩小端面距。
3.2 工作面防倒防滑22306工作面煤层倾角较大，煤层最大倾角14°，最小倾角2°，平均7°。工作面生产过程中由于自身重力，支架、刮板运输机、电缆等设备易出现下窜、下滑现象，容易发生设备故障和事故，为避免事故保证正常生产，主要采取以下措施。
1) 推移运输机时，尤其是推移转载机时，为防止设备受自重自动下滑，应在推移到位后，及时打单体锚固。若推移困难时，应采用支架推移千斤配合单体进行推移，单体打设必须背实背严，并拴保护绳，进行远距离送液，防止单体滑脱伤人。
2) 为防止采煤机电缆水管下滑，在每隔10部支架处电缆槽侧板处留设电缆防滑固定孔，进行人为临时固定电缆大线。将工作面固定设备供电电缆、液管统一铺设在电缆槽里。
3) 采用人为调整支架方向，控制支架刮板机下窜。改变正常移架顺序，工作面排头支架按第三、四、二、一组顺序移架，其余支架均为分段上行移架，每段5～10组支架，每段内的移架顺序与排头支架相同。
4) 采煤机割煤过程中，为预防运输机下滑，必须隔架顶溜，保证采机割煤进深达到0.8 m，同时预防采机割住顶梁现象。采煤机割煤过后，采煤机司机必须及时将顶溜手把复位，防止长时间顶溜导致阀组密封损坏。
3.3 工作面设备管理为最大限度降低设备故障率，确保采面设备安全运行，提高开机率，有针对性地采取了以下主要措施。
1) 工作面支架、刮板运输机、管线的设备实行日常检修维护分段承包到人的原则，以确保日常的全面检修到位。
2) 生产班组交接班时严格执行设备的空负荷与带负荷运行检查，及时消除设备隐患。
3) 生产过程中设专职人员在机头机尾处察看、监护运输机运行情况，发现隐患及时停机处理。
4) 液压支架检修工必须及时处理支架存在的隐患，保证支架完好，无跑、冒、滴、漏、串现象。
5) 支架工拉移液压支架时，必须及时使用抬底千斤，提支架底座，将支架降低至可拉移为止，若浮煤多时，应及时清煤，尽可能减少支架拉移阻力，保证支架能正常拉移到位。
6) 控制采煤机牵引速度在4 m/min以内，控制煤流量，防止刮板输送机负荷加重造成事故。停采煤机时滚筒必须放置在底板上，以增加其防滑阻力。
3.4 防止“飞”煤、滚帮伤人为防止“飞”煤滚帮伤人事故，创造良好的安全作业条件，应采取以下主要措施。
1) 作业过程中，严禁人员从支架前方通过，所有人员必须在支架立柱后方行走。
2) 采煤机司机操作采煤机必须全程站在立柱后方操作，若履带槽内有浮煤、浮矸需要清理时，必须停止采煤机，将支架护帮板打出，并进行敲帮问顶，挑尽支架顶梁上的浮煤、浮矸后，方可站在挡煤板前清理。
3) 站在支架前清浮煤或处理其他问题时，同样必须及时打出护帮板，护帮护顶后，方可进行作业。
4) 采煤机割煤时将割煤、移溜、移架、清浮煤平行作业改为交叉作业。
5) 将前后溜头正对位置的转载机挡板增高至1.6 m，防止“飞”煤窜入端头处人行道。
6) 工作面正常回采时，采煤机割过煤后，必须滞后后滚筒1个架及时打出护帮板，对煤帮进行有效支护，防止滚帮现象。
7) 支架拉移过程中，要防止支架咬架。移架应避免将支架降得太低，支架错差不超过侧护板的2/3，拉架时要保证顶梁平直，杜绝支架“低头”、“射箭”等现象，支架架间间隙不超过100 mm。
8) 支架工拉架过程中，必须将支架护帮板打至煤壁平行位置，再降架拉移支架，防止拉架过程中滚帮窜出运输机伤人。拉架结束后，及时打出护帮板顶死煤帮，防止滚帮。
4 应用效果通过在22306工作面通过对回采工艺及瓦斯治理技术的研究与应用，解决了大倾角煤层工作面回采时设备下滑、滚帮问题，实现了超前液压支架及系列车的正常前移，成功地治理了工作面上下邻近层瓦斯，将工作面上隅角瓦斯控制在0.5%以下，将进风顺槽及瓦斯治理抽采系统瓦斯浓度至30%以上，加快了工作面推采速度，增加原煤产量，提高工作面抽采率，大大减少工作面配风量，减轻通风压力，有效地保证了工作面安全高效回采，实现了生产人员无事故零伤亡的重大战略目标，并取得了良好的社会效益。
在经济效益方面，通过新技术、新工艺的实施，成功完成了500 m大倾角工作面的回采任务，产值约18 000万元；通过在22306工作面采用新的瓦斯治理模式、技术手段，有效提高瓦斯治理抽采系统瓦斯浓度，抽采的瓦斯全部进行发电利用，直接经济效益达到200万余元，间接经济效益40万余元；在瓦斯治理巷利用千米钻孔替代底抽巷解决下邻近层瓦斯模式，极大降低瓦斯治理成本，此项节约成本达500万余元，降低了工作面成本，提高了生产效率，有保证工作面安全回采。
5 结语自我矿投入生产以来，特别是22306工作面大倾角开采，根据工作面实际情况，通过以上有效的控制措施，及时控制住了采煤机滑倒、支架歪倒、刮板运输机下窜下滑，飞矸飞煤等问题，确保了安全生产，提高了安全系数和工作效率，获得了较高的煤炭资源回收率和良好的经济社会效益。
