采矿学急倾斜煤层综采关键技术与装备

1、 新铁煤矿主采煤层，煤厚新铁煤矿主采煤层，煤厚1.7m，倾角倾角5862、平均、平均60，复合顶板条件、工作面长复合顶板条件、工作面长84m。（1 1）急倾斜综采面覆岩变形破坏机理）急倾斜综采面覆岩变形破坏机理（2 2）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填技术（3 3）急倾斜综采面支架研制与设备配套）急倾斜综采面支架研制与设备配套（4 4）急倾斜综采面）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（5 5）急倾斜综采面设备安撤技术）急倾斜综采面设备安撤技术（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

2、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直接顶垮落后，冒直接顶垮落后，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；覆岩破断范围集中覆岩破断范围集中在工作面中上部。在工作面中上部。将直接顶分为将直接顶分为极易冒落岩层极易冒落岩层H1和和滞后冒落岩层滞后冒落岩层H2 ，极易冒落，极易冒落岩层随移架很快冒落，工作面上部滞后冒落岩层随着工作面的岩层随移架很快冒落，工作面上部滞后冒落岩层随着工作面的推进冒落并对工作面下部采空区进行充填。得出充填带宽度推进冒落并对工作面下部采空区进行充填。得出充填带宽度L

3、1 L1L12112()L HHkLMHH k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为工作面长度，为工作面长度，M为采高，为采高，k为碎涨系数，为碎涨系数，该工作面极易冒该工作面极易冒落岩层为落岩层为1.9m煤和粉砂岩，滞煤和粉砂岩，滞后冒落岩层为后冒落岩层为2.4m的细砂岩和的细砂岩和粉砂岩，因此可得矸石粉砂岩，因此可得矸石充填带充填带宽度为宽度为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 急倾斜工作面中上部顶板中卸急倾斜工作面中上部顶板中卸压范围大，岩层冒落高度大，压范围大，岩层冒落高度大，中下

4、部顶板由于冒落矸石支撑中下部顶板由于冒落矸石支撑作用卸压范围小，岩层冒落高作用卸压范围小，岩层冒落高度小，造成度小，造成上巷、区段煤柱围上巷、区段煤柱围岩稳定性差岩稳定性差，需对巷道加强支，需对巷道加强支护、选择合理区段煤柱尺寸。护、选择合理区段煤柱尺寸。（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BCAF1F2L0F4F3ODMHmL2L1Hl 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

5、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 煤柱失稳后形成冒落漏斗 煤 柱 变 形失稳 破断岩块之间的相互咬合 已 回 采 工作 面 采 空区 区段煤柱失稳后顶板冒落特征区段煤柱失稳后顶板冒落特征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 急倾斜工作面区段煤柱变形失稳后，将引起本工作面和上方急倾斜工作面区段煤柱变形失稳后，将引起本工作面

6、和上方已采工作面老顶失稳，造成工作面已采工作面老顶失稳，造成工作面大面积来压大面积来压，上部采空区中，上部采空区中水水和瓦斯等有害气体溃入工作面和瓦斯等有害气体溃入工作面，引发灾害性事故。，引发灾害性事故。（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宽度与煤层倾角、采高关系区段煤柱宽度与煤层倾角、采高关系当煤层倾角大于当煤层倾角大于60时，区段煤柱宽度受倾角影响急剧增大，时，区段煤柱宽度受倾角影响急剧增大，煤柱宽度与工作面采高基本上呈线性正比关系。

7、煤柱宽度与工作面采高基本上呈线性正比关系。新铁煤矿合理区段煤柱宽度应大于新铁煤矿合理区段煤柱宽度应大于13m，现场实际留设煤柱尺，现场实际留设煤柱尺寸为寸为10m偏小，实际开采过程中曾出现煤柱失稳引起工作面支架偏小，实际开采过程中曾出现煤柱失稳引起工作面支架压架，回风巷变形破坏严重，造成巷道围岩控制困难。压架，回风巷变形破坏严重，造成巷道围岩控制困难。（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巷旁充填参数确定巷旁充填参数确定充填体结构特征充填体结构特征（二）急倾斜综采面区段半充填煤柱留设及充填

8、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普通硅酸盐水普通硅酸盐水泥：水：砂：碎石泥：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。充填工艺充填工艺工作面充填平面图工作面充填平面图工作面割完煤移支架过程

9、中保留靠近工作面充填体上侧的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侧的支架不移架，在排头支架后方形成充填空间，在充填空间内铺充填不移架，在排头支架后方形成充填空间，在充填空间内铺充填袋与充填隔板，在充填袋上方预先放置厚木板，在短时间内起袋与充填隔板，在充填袋上方预先放置厚木板，在短时间内起到缓冲顶板下沉作用，工作面每推进到缓冲顶板下沉作用，工作面每推进两个循环充填一次两个循环充填一次。（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 顶板用三排预应力树脂锚索联顶板用三排预应力树脂锚索联合铁网及钢带支护，间排距合铁网及

10、钢带支护，间排距1.0m；两帮结合顶板一根锚索与帮部两两帮结合顶板一根锚索与帮部两根锚杆加铁网形成帮部煤体与复根锚杆加铁网形成帮部煤体与复合顶板合顶板全封闭的刚柔支护全封闭的刚柔支护，间距，间距1.0m。回采巷道支护图回采巷道支护图（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

11、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型型液压支架，液压支架，支架工作阻力为支架工作阻力为3600kN3600kN、初撑力、初撑力3092kN3092kN，配有防矸配有防矸装置、防滑防倒装置、

12、调架装置、高阻力侧护装置、斜拉装置、装置、防滑防倒装置、调架装置、高阻力侧护装置、斜拉装置、单体戗柱的受力支撑点。单体戗柱的受力支撑点。机道挡矸装置设计机道挡矸装置设计1） 机道挡矸装置机道挡矸装置设计了刚性和柔性机道挡矸装置，每设计了刚性和柔性机道挡矸装置，每7架架支架安装一套，处于支架安装一套，处于常开状态常开状态，只有采煤机通过时关闭，其作用主要有：，只有采煤机通过时关闭，其作用主要有：降低采煤机割下的煤与矸石在刮板输送机内下滑的速度。降低采煤机割下的煤与矸石在刮板输送机内下滑的速度。工作面片帮冒顶时能将煤与矸石分段阻挡在刮板槽内防止工作面片帮冒顶时能将煤与矸石分段阻挡在刮板槽内防止大量

13、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间挡矸装置设计机道人行道间挡矸装置设计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：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。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）。适应煤层厚度变化大。适应煤层厚度变化大。机道人行道

14、间挡矸装置挡矸板千斤顶挡矸板挡矸插板挡矸插板千斤顶人行道挡矸装置（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挡矸装置设计人行道挡矸装置设计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：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。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。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

15、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 侧视图侧视图36002890140013907002800b 后视图后视图超前液压支架组设计图超前液压支架组设计图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，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。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。2000120050

16、0170011120540020001200 54002957128514782957超前支护液压支架组（两架一组）工作面端头支架刮板输送机机头超前支架与工作面端头支架接触处（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：选用鸡西煤机厂生产的选用鸡西煤机厂生产的MG2125/580WD型采煤型采煤机，为了提高采煤机下行割煤时制动效果，采用磁直流牵引，机，为了提高采煤机下行割煤时制动效果，采用磁直流牵引，下行时可实现再生发电制动。下行时可实现再生发电制动。刮板输送机：刮板输送机：选用张

17、家口煤机厂生产的选用张家口煤机厂生产的SGZ-730/320型刮板输型刮板输送机，机头配有防滑千斤顶及戗柱支撑点，刮板上配有斜拉装送机，机头配有防滑千斤顶及戗柱支撑点，刮板上配有斜拉装置，斜拉装置通过圆链和支架相连。（实际上几乎没开启过，置，斜拉装置通过圆链和支架相连。（实际上几乎没开启过，只作采煤机轨道和支架支点）只作采煤机轨道和支架支点） 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设备名称型号型号主要技术特征主要技术特征1液压液压支架支架ZQY3600/12/26工作阻力工作阻力3600kN，初撑力，初撑力3092kN，防矸装，防矸装置，调斜装置，大阻力侧护装置，防滑防倒

18、置，调斜装置，大阻力侧护装置，防滑防倒千斤顶、带电液阀千斤顶、带电液阀2采煤机采煤机MG2125/580WD电动机功率电动机功率580kW，牵引力，牵引力420kN，滚筒直，滚筒直径径1.15m，磁直流电牵引，下行时可实现再，磁直流电牵引，下行时可实现再生发电制动生发电制动3刮板输送刮板输送机机SGZ-730/320电机功率电机功率2160kW，斜拉装置，阻链器，斜拉装置，阻链器4超前液压超前液压支架组支架组DQT16000/15/30工作阻力工作阻力16000kN，两架一组，长，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

19、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倾斜工作面设备稳定是以支架稳定为核心，建立了支架受急倾斜工作面设备稳定是以支架稳定为核心，建立了支架受力模型，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TsTxChWBPcosf1PRf2o支架受力示意图支架受力示意图分析表明：分析表明：支架滑、倒的条件是支架倾斜角度不支架滑、倒的条件是支架倾斜角度不能超过其失稳临界角：能超过其失稳临界角：支架成组布置有利于增强支架组稳定。支架成组布置有利于增强支架组稳定。p急倾斜综采工作面布置方式急倾斜综采

20、工作面布置方式为减缓倾角、防止设备下滑，工作为减缓倾角、防止设备下滑，工作面采用仰伪斜布置方式，面采用仰伪斜布置方式，仰角仰角1212，即运输巷超前回风巷即运输巷超前回风巷17m17m左右左右。84m综采工作面布置示意图回风巷3450-80017001700最大控顶距 (单位：mm)最小控顶距 (单位：mm)58002800隔离板电缆槽子隔离板电缆槽子124250超前支架运输巷带式输送机液压支架采煤机刮板输送机破碎机转载机（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 以排头支架为基准，每隔以排头支架为基准，每隔八架八

21、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 。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。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”

22、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 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。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

23、体支柱斜支在机头底座下侧（打戗柱）。（打戗柱）。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刮板输送机液压支架戗柱输送机机头地锚锚链巷道外帮S机头防滑措施机头防滑措施导链筒防倒千斤顶导链板圆环链防倒千斤顶(天缸)防滑千斤顶(地缸)刮板防滑千斤顶防滑链刮板输送机第一架第二架第三架第四架刮板输送机机头戗柱戗柱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）

24、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 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。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。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

25、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掘进圆弧形安装提升道掘进圆弧形安装提升道安装硐室设计安装硐室设计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滑轮导向座装车平台回柱绞车回柱绞车安装硐室600020000锚索锚索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；支架与刮