急倾斜煤层综采关键技术与装备.ppt

急倾斜煤层综采关键技术急倾斜煤层综采关键技术Ø新新铁煤煤矿主采煤主采煤层，煤厚，煤厚1.7m，，倾角角58~62°、平均、平均60°，，复合复合顶板条件、工作面板条件、工作面长84m1 1）急）急倾斜斜综采面覆岩采面覆岩变形破坏机理形破坏机理（（2 2）急）急倾斜斜综采面区段半充填煤柱留采面区段半充填煤柱留设及充填技及充填技术（（3 3）急）急倾斜斜综采面支架研制与采面支架研制与设备配套配套（（4 4）急）急倾斜斜综采面采面““三机三机””设备动态稳定控制定控制（（5 5）急）急倾斜斜综采面采面设备安撤技安撤技术（一）急倾斜综采面覆岩变形破坏机理（一）急倾斜综采面覆岩变形破坏机理急倾斜煤层开采的覆岩运动规律模拟急倾斜煤层开采的覆岩运动规律模拟p急倾斜煤层开采覆岩运动一般规律急倾斜煤层开采覆岩运动一般规律Ø直接直接顶垮落后，冒落后，冒落矸石在自重作用下，落矸石在自重作用下，向工作面下部滑落；向工作面下部滑落；Ø覆岩破断范覆岩破断范围集中集中在工作面中上部在工作面中上部将直接将直接顶分分为极易冒落岩极易冒落岩层H1和和滞后冒落岩滞后冒落岩层H2 ，极易冒落，极易冒落岩岩层随移架很快冒落，工作面上部滞后冒落岩随移架很快冒落，工作面上部滞后冒落岩层随着工作面的随着工作面的推推进冒落并冒落并对工作面下部采空区工作面下部采空区进行充填。

得出充填行充填得出充填带宽度度L1 采空区冒落矸石充填示意图采空区冒落矸石充填示意图L为工作面工作面长度，度，M为采高，采高，k为碎碎涨系数，系数，该工作面极易冒工作面极易冒落岩落岩层为1.9m煤和粉砂岩，滞煤和粉砂岩，滞后冒落岩后冒落岩层为2.4m的的细砂岩和砂岩和粉砂岩，因此可得矸石粉砂岩，因此可得矸石充填充填带宽度度为57m一）急倾斜综采面覆岩变形破坏机理（一）急倾斜综采面覆岩变形破坏机理p采空区矸石自溜充填带宽度采空区矸石自溜充填带宽度 急急倾斜工作面中上部斜工作面中上部顶板中卸板中卸压范范围大，岩大，岩层冒落高度大，中冒落高度大，中下部下部顶板由于冒落矸石支撑作用卸板由于冒落矸石支撑作用卸压范范围小，岩小，岩层冒落高度小，冒落高度小，造成造成上巷、区段煤柱上巷、区段煤柱围岩岩稳定性差定性差，需，需对巷道加巷道加强强支支护、、选择合理区段煤柱尺寸合理区段煤柱尺寸一）急倾斜综采面覆岩变形破坏机理（一）急倾斜综采面覆岩变形破坏机理p急倾斜工作面围岩应力分布特征急倾斜工作面围岩应力分布特征 随着煤层倾角的增大，采空区顶底板围岩中垂直应力减小，剪随着煤层倾角的增大，采空区顶底板围岩中垂直应力减小，剪切应力增大，角度越大，顶底板围岩受剪切破坏的可能性越大、切应力增大，角度越大，顶底板围岩受剪切破坏的可能性越大、工作面支护设备和区段煤柱的稳定性降低工作面支护设备和区段煤柱的稳定性降低。

一）急倾斜综采面覆岩变形破坏机理（一）急倾斜综采面覆岩变形破坏机理p工作面倾角对急倾斜工作面围岩应力分布的影响工作面倾角对急倾斜工作面围岩应力分布的影响 区段煤柱失区段煤柱失稳后后顶板冒落特征板冒落特征p急倾斜工作面区段煤柱变形破坏特征急倾斜工作面区段煤柱变形破坏特征 急急倾斜工作面区段煤柱斜工作面区段煤柱变形失形失稳后，将引起本工作面和上方后，将引起本工作面和上方已采工作面老已采工作面老顶失失稳，造成工作面，造成工作面大面大面积来来压，上部采空区中，上部采空区中水水和瓦斯等有害气体和瓦斯等有害气体溃入工作面入工作面，引，引发灾害性事故灾害性事故二）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术（二）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术（二）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术（二）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术区段煤柱区段煤柱宽度与煤度与煤层倾角、采高关系角、采高关系Ø当煤当煤层倾角大于角大于60°时，区段煤柱，区段煤柱宽度受度受倾角影响急角影响急剧增大，煤增大，煤柱柱宽度与工作面采高基本上呈度与工作面采高基本上呈线性正比关系性正比关系Ø新新铁煤煤矿合理区段煤柱合理区段煤柱宽度度应大于大于13m，，现场实际留留设煤柱尺寸煤柱尺寸为10m偏小，偏小，实际开采开采过程中曾出程中曾出现煤柱失煤柱失稳引起工作面支架引起工作面支架压架，回架，回风巷巷变形破坏形破坏严重，造成巷道重，造成巷道围岩控制困岩控制困难。

二）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术（二）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术p区段煤柱巷旁充填技术研究区段煤柱巷旁充填技术研究Ø巷旁充填参数确定巷旁充填参数确定充填体充填体结构特征构特征（二）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术（二）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术充填宽度充填宽度：巷旁充填体上部沿顶板：巷旁充填体上部沿顶板宽度为宽度为4m，下部沿底板宽度为，下部沿底板宽度为7.5m；；充填体强度充填体强度：：5MPa；；充填材料配比充填材料配比：：42.5普通硅酸盐水泥：普通硅酸盐水泥：水：砂：碎石水：砂：碎石=1:0.5:2:2；；充填设备充填设备：充填泵型号为：充填泵型号为HBGS60-13-90灌浆泵，充填泵安装在皮带道灌浆泵，充填泵安装在皮带道距工作面切眼距工作面切眼300m处，充填管路采处，充填管路采用用5英寸无缝钢管英寸无缝钢管Ø充填工艺充填工艺工作面充填平面工作面充填平面图工作面割完煤移支架工作面割完煤移支架过程中保留靠近工作面充填体上程中保留靠近工作面充填体上侧的支架的支架不移架，在排不移架，在排头支架后方形成充填空支架后方形成充填空间，在充填空，在充填空间内内铺充填充填袋与充填隔板，在充填袋上方袋与充填隔板，在充填袋上方预先放置厚木板，在短先放置厚木板，在短时间内起内起到到缓冲冲顶板下沉作用，工作面每推板下沉作用，工作面每推进两个循两个循环充填一次充填一次。

二）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术（二）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术 p 巷道支护巷道支护 顶板用三排板用三排预应力力树脂脂锚索索联合合铁网及网及钢带支支护，，间排距排距1.0m；两帮；两帮结合合顶板一根板一根锚索与帮部索与帮部两根两根锚杆加杆加铁网形成帮部煤体与网形成帮部煤体与复合复合顶板板全封全封闭的的刚柔支柔支护，，间距距1.0m回采巷道支回采巷道支护图（二）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术（二）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术（三）急倾斜综采面支架研制与设备配套（三）急倾斜综采面支架研制与设备配套p 急倾斜综采面支架研制急倾斜综采面支架研制液压支架选型要求：液压支架选型要求：（（1 1）安全防护装置）安全防护装置————保障人员设备安全保障人员设备安全（（2 2）高初撑力）高初撑力————控制复合顶板离层控制复合顶板离层（（3 3）电液阀）电液阀————移架速度快、提高支架稳定性移架速度快、提高支架稳定性（（4 4）调架及防滑防倒装置）调架及防滑防倒装置————提高支架稳定性提高支架稳定性（（5 5）高阻力侧护装置）高阻力侧护装置————提高支架稳定性、利于设备回撤提高支架稳定性、利于设备回撤（（6 6）与刮板输送机间的铰接装置）与刮板输送机间的铰接装置————提高刮板输送机稳定性提高刮板输送机稳定性 林州重型机械公司研制了林州重型机械公司研制了 带电液阀的带电液阀的ZQY3600/12/26型液型液压支架，支架，支架工作阻力为支架工作阻力为3600kN3600kN、初撑力、初撑力3092kN3092kN，，配有防矸装配有防矸装置、防滑防倒装置、置、防滑防倒装置、调架装置、高阻力架装置、高阻力侧护装置、斜拉装置、装置、斜拉装置、单体体戗柱的受力支撑点。

柱的受力支撑点机道机道挡矸装置矸装置设计1）） 机道机道挡矸装置矸装置设计了了刚性和柔性机道性和柔性机道挡矸装置，每矸装置，每7架架支架安装一套，支架安装一套，处于于常开状常开状态，只有采煤机通，只有采煤机通过时关关闭，其作用主要有：，其作用主要有：Ø降低采煤机割下的煤与矸石在刮板降低采煤机割下的煤与矸石在刮板输送机内下滑的速度送机内下滑的速度Ø工作面片帮冒工作面片帮冒顶时能将煤与矸石分段阻能将煤与矸石分段阻挡在刮板槽内防止在刮板槽内防止大量冒落下的煤与矸石涌至工作面下出口大量冒落下的煤与矸石涌至工作面下出口三）急倾斜综采面支架研制与设备配套（三）急倾斜综采面支架研制与设备配套机道人行道机道人行道间挡矸装置矸装置设计2）） 机道人行道间挡矸装置机道人行道间挡矸装置机道人行道间挡矸装置处于机道人行道间挡矸装置处于常开状态常开状态，只有移架时关闭，有以，只有移架时关闭，有以下特点和作用：下特点和作用：Ø隔离工作面机道和人行道，防止煤或矸石飞入人行道伤人隔离工作面机道和人行道，防止煤或矸石飞入人行道伤人Ø挡矸装置设有挡矸装置设有二级挡矸板二级挡矸板（挡矸插板）挡矸插板）Ø适应煤层厚度变化大。

适应煤层厚度变化大三）急倾斜综采面支架研制与设备配套（三）急倾斜综采面支架研制与设备配套人行道人行道挡矸装置矸装置设计3 3）） 人行道挡矸装置人行道挡矸装置 人行道挡矸装置兼做人员作业平台，处于人行道挡矸装置兼做人员作业平台，处于常开状态常开状态：：Ø防止人行道有煤块、矸块飞起伤人和设备防止人行道有煤块、矸块飞起伤人和设备Ø可以作为采煤机司机、液压支架司机的工作平台可以作为采煤机司机、液压支架司机的工作平台Ø人员通过工作面时，可以借助挡矸板进行攀爬人员通过工作面时，可以借助挡矸板进行攀爬三）急倾斜综采面支架研制与设备配套（三）急倾斜综采面支架研制与设备配套（三）急倾斜综采面支架研制与设备配套（三）急倾斜综采面支架研制与设备配套a 侧视图b 后后视图超前液超前液压支架支架组设计图p超前支护液压支架组研制超前支护液压支架组研制 巷道周围煤岩层受巷道周围煤岩层受沿层面方向沿层面方向的较高剪切应力作用，巷道破的较高剪切应力作用，巷道破碎片帮严重，为此在碎片帮严重，为此在液压支架顶梁的帮部增加护帮板液压支架顶梁的帮部增加护帮板，将两个液，将两个液压支架间通过底部千斤顶相连形成了超前支护液压支架组。

压支架间通过底部千斤顶相连形成了超前支护液压支架组三）急倾斜综采面支架研制与设备配套（三）急倾斜综采面支架研制与设备配套（三）急倾斜综采面支架研制与设备配套（三）急倾斜综采面支架研制与设备配套采煤机：采煤机：选用用鸡西煤机厂生西煤机厂生产的的MG2×125/580—WD型采煤机，型采煤机，为了提高采煤机下行割煤了提高采煤机下行割煤时制制动效果，采用磁直流效果，采用磁直流牵引，下行引，下行时可可实现再生再生发电制制动刮板刮板输送机：送机：选用用张家口煤机厂生家口煤机厂生产的的SGZ-730/320型刮板型刮板输送机，机送机，机头配有防滑千斤配有防滑千斤顶及及戗柱支撑点，刮板上配有斜拉装柱支撑点，刮板上配有斜拉装置，斜拉装置通置，斜拉装置通过圆链和支架相和支架相连实际上几乎没开启上几乎没开启过，，只作采煤机只作采煤机轨道和支架支点）道和支架支点） p 急倾斜综采面设备配套急倾斜综采面设备配套序号序号设备名称名称型号型号主要技主要技术特征特征1液液压支架支架ZQY3600/12/26工工作作阻阻力力3600kN，，初初撑撑力力3092kN，，防防矸矸装装置置，，调斜斜装装置置，，大大阻阻力力侧护装装置置，，防防滑滑防防倒倒千斤千斤顶、、带电液液阀2采煤机采煤机MG2×125/580—WD电动机机功功率率580kW，，牵引引力力420kN，，滚筒筒直直径径1.15m，，磁磁直直流流电牵引引，，下下行行时可可实现再再生生发电制制动3刮板刮板输送送机机SGZ-730/320电机功率机功率2×160kW，斜拉装置，阻，斜拉装置，阻链器器4超前液超前液压支架支架组DQT16000/15/30工作阻力工作阻力16000kN，两架一，两架一组，，长11.12m综采设备配套表综采设备配套表 （三）急倾斜综采面支架研制与设备配套（三）急倾斜综采面支架研制与设备配套p液压支架稳定性分析液压支架稳定性分析急急倾倾斜斜工工作作面面设设备备稳稳定定是是以以支支架架稳稳定定为为核核心心，，建建立立了了支支架架受受力模型，得出支架组保持稳定的条件是：力模型，得出支架组保持稳定的条件是：（四）急倾斜综采面（四）急倾斜综采面““三机三机””设备动态稳定控制设备动态稳定控制支架受力示意图支架受力示意图分析表明：分析表明：Ø支支架架滑滑、、倒倒的的条条件件是是支支架架倾斜斜角角度度不不能超能超过其失其失稳临界角：界角：Ø支架成支架成组布置有利于增布置有利于增强强支架支架组稳定。

定p急倾斜综采工作面布置方式急倾斜综采工作面布置方式为为减减缓缓倾倾角角、、防防止止设设备备下下滑滑，，工工作作面面采采用用仰仰伪伪斜斜布布置置方方式式，，仰仰角角1212°°，即运输巷超前回风巷，即运输巷超前回风巷17m17m左右左右四）急倾斜综采面（四）急倾斜综采面““三机三机””设备动态稳定控制设备动态稳定控制p液压支架稳定控制措施液压支架稳定控制措施 Ø以排头支架为基准，每隔以排头支架为基准，每隔八架八架液压支架在相连的两架支架液压支架在相连的两架支架安装防滑防倒装置安装防滑防倒装置 Ø用调架千斤顶和圆环链将三架支架连在一起组成调架装置，用调架千斤顶和圆环链将三架支架连在一起组成调架装置，沿工作面倾斜方向每隔八架支架安设一组沿工作面倾斜方向每隔八架支架安设一组调架装置调架装置Ø移架时坚持移架时坚持自下而上自下而上的原则，分段移架时，每段内也必须的原则，分段移架时，每段内也必须是自下而上移架，并以有防倒防滑千斤顶和调架装置的支是自下而上移架，并以有防倒防滑千斤顶和调架装置的支架为基础，相邻两架支架不能同时降柱架为基础，相邻两架支架不能同时降柱四）急倾斜综采面（四）急倾斜综采面““三机三机””设备动态稳定控制设备动态稳定控制支架防滑防倒装置示意图支架防滑防倒装置示意图（四）急倾斜综采面（四）急倾斜综采面““三机三机””设备动态稳定控制设备动态稳定控制p刮板输送机稳定控制措施刮板输送机稳定控制措施 Ø在上巷上帮底板处打两个在上巷上帮底板处打两个锚杆做地锚锚杆做地锚，通过机头的防滑千斤，通过机头的防滑千斤顶和锚链与地锚连接，移机头和刮板输送机时，同时操纵机顶和锚链与地锚连接，移机头和刮板输送机时，同时操纵机头防滑千斤顶拉紧机头。

头防滑千斤顶拉紧机头Ø机头移完先将机头稳住再通过机头防滑千斤顶和地锚链拉紧，机头移完先将机头稳住再通过机头防滑千斤顶和地锚链拉紧，再用再用单体支柱斜支在机头底座下侧单体支柱斜支在机头底座下侧（打戗柱）打戗柱）Ø工作面刮板输送机依靠防滑千斤顶和防滑链和支架连接，沿工作面刮板输送机依靠防滑千斤顶和防滑链和支架连接，沿工作面方向上每隔工作面方向上每隔七架七架液压支架安设一组输送机防滑链液压支架安设一组输送机防滑链四）急倾斜综采面（四）急倾斜综采面““三机三机””设备动态稳定控制设备动态稳定控制机头防滑措施机头防滑措施刮板输送机防滑装置示意图刮板输送机防滑装置示意图（四）急倾斜综采面（四）急倾斜综采面““三机三机””设备动态稳定控制设备动态稳定控制p采煤机稳定控制措施采煤机稳定控制措施 Ø磁直流电牵引，下行时可实现磁直流电牵引，下行时可实现再生发电制动再生发电制动，采用单向割煤，采用单向割煤方式，即下行割煤，上行清理浮煤方式，即下行割煤，上行清理浮煤Ø下行割煤时，用慢速牵引，上行装煤后，必须及时追机推刮下行割煤时，用慢速牵引，上行装煤后，必须及时追机推刮板输送机，整个割煤过程中运行速度不能超过板输送机，整个割煤过程中运行速度不能超过2m/min2m/min。

Ø割煤时保持采面顶、底割平每班生产完毕，必须把采煤机割煤时保持采面顶、底割平每班生产完毕，必须把采煤机滚筒落到底板上滚筒落到底板上四）急倾斜综采面（四）急倾斜综采面““三机三机””设备动态稳定控制设备动态稳定控制p安装前的准备工作安装前的准备工作Ø掘进圆弧形安装提升道掘进圆弧形安装提升道Ø安装硐室设计安装硐室设计Ø分别在安装硐室里侧和外侧安装一台绞车分别在安装硐室里侧和外侧安装一台绞车Ø装车平台装车平台（六）急倾斜综采面设备安撤技术（六）急倾斜综采面设备安撤技术工作面上部安装示意图工作面上部安装示意图p安装顺序安装顺序Ø自下而上逐架逐块依次安装自下而上逐架逐块依次安装ZQY3600/12/26液压支架和液压支架和SGZ-730/320刮板输送机；刮板输送机；Ø支架与刮板输送机安装采取隔班作业，平行安装；支架与刮板输送机安装采取隔班作业，平行安装；Ø支架和刮板输送机安装完毕后，由下往上安装电缆槽；支架和刮板输送机安装完毕后，由下往上安装电缆槽；Ø采煤机；采煤机；Ø刮板输送机链子、刮板和机头；刮板输送机链子、刮板和机头；Ø运输巷内的设备安装与工作面安装同时进行运输巷内的设备安装与工作面安装同时进行。

六）急倾斜综采面设备安撤技术（六）急倾斜综采面设备安撤技术（六）急倾斜综采面设备安撤技术（六）急倾斜综采面设备安撤技术急倾斜综采面设备安装过程演示动画急倾斜综采面设备安装过程演示动画p设备回撤前准备工作设备回撤前准备工作Ø距停采线距停采线8m时，将工作面由仰伪斜调整至正倾斜，并对工作时，将工作面由仰伪斜调整至正倾斜，并对工作面顶板和上端头进行加强支护面顶板和上端头进行加强支护Ø在工作面上端头掘一条半径为在工作面上端头掘一条半径为6m的四分之一圆弧回撤巷道，的四分之一圆弧回撤巷道，采用锚、网、带上下对锁支护后喷射混凝土，在混凝土加固采用锚、网、带上下对锁支护后喷射混凝土，在混凝土加固层外安设帮部导向滑板层外安设帮部导向滑板Ø在工作面下端头先调转两部支架作为工作面下部掩护支架在工作面下端头先调转两部支架作为工作面下部掩护支架圆弧巷道放大图圆弧巷道放大图（六）急倾斜综采面设备安撤技术（六）急倾斜综采面设备安撤技术（六）急倾斜综采面设备安撤技术（六）急倾斜综采面设备安撤技术急倾斜煤层综采面设备回撤过程演示动画急倾斜煤层综采面设备回撤过程演示动画p回撤顺序回撤顺序Ø采煤机；采煤机；Ø输送机链子、刮板和机头；输送机链子、刮板和机头；Ø由下往上回收电缆槽；由下往上回收电缆槽；Ø自上而下回收刮板输送机；自上而下回收刮板输送机；Ø自下而上逐架逐块依次回收自下而上逐架逐块依次回收液压支架；液压支架；Ø运输巷内的设备回收与工作运输巷内的设备回收与工作面回收同时进行。