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[摘 要]为解决是十矿个大倾角复合顶板、薄煤层综采工作面回采时顶板较破碎、综采工作面设备易歪倒、下滑造成歪架、倒架、冒顶这一难题，加强现场工艺管理，回采时能减少采煤机割煤时端头的进刀时间和过机头、机尾的次数，增加正常割煤时间，实现安全高效生产。
[关键词]大倾角 薄煤层 综采 安全高效 生产技术
中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0002-02
随着开采深度的增加，煤层瓦斯含量和瓦斯压力明显增大，矿山压力显现更为明显，十矿在防瓦斯、防突、防冲击地压管理方面面临的困难也随之增大，由于复合顶板工作面顶板较破碎，易冒落造成顶板事故，综采工作面设备易歪倒、下滑造成歪架、倒架、冒顶等事故，造成事故多严重制约着安全生产，致使矿井采掘接替日趋紧张，而复合顶板工作面在以上几方面面临的管理难度相对增加，为此，复合顶板、薄煤层的开采成了缓解接替紧张的关键。己16-24020工作面为薄煤层、研究解决大倾角薄煤层条件下回采的各类难题，实现安全高效生产，这对十矿高产高效矿井建设和可持续发展具有必要性和紧迫性。
1、采面概况
己16—24020采面属于-320水平己四采区西翼第二阶段。工作面西至26勘探线以东170米左右，东靠己四轨道运输机和瓦斯专回下山，南为己15—24020（上）采面采空区，北为己15—24020采面采空区。工作面有效走向长度1113m，斜长144.5～164.1m，平均斜长153m，切眼斜长145.9m，回采面积162386.7m2。工作面所采煤层为己16煤层，煤厚为0.81～8m，一般煤厚1.4m。采面自东向西己15与己16夹矸逐渐由0.2m变大为14m左右，机切处己15与己16夹矸约厚8m，风切处己15与己16夹矸约厚14m，切眼内煤层倾角呈上陡下缓趋势，风切向下24°，机切向上20°。煤层综合柱状图如1所示：
2、薄煤层综采工作面设计可行性分析
加大走向长度减少区段煤柱的损失，提高资源回收率，缓解采掘接替关系，有利于采区和矿井合理集中生产。巷道布置形式可采取大断面一次掘进一次支护的形式，达到收敛量可控。增大工作面的长度，不但能使万吨掘进率减少，而且在回采时能减少采煤机割煤时端头的进刀时间和过机头、机尾的次数，增加正常割煤时间，有利于提高单产水平，降低吨煤成本。随着综合机械化采煤的发展，工作面的合理长度逐渐增加，合理工作面的长度在160～200m。
3、薄煤层综采工作面设备选型
薄煤层工作面煤厚在1.3～1.6m，要求支架的支撑高度尽可能有较大的伸缩范围，减少煤炭损失。而应选用两柱式掩护式支架，且支架的支撑高度具有较大的伸缩范围。
采煤机要有足够的牵引力（爬坡能力），且具有良好的制动性。采煤机截深要与支架拉移步距相配套，使支架在拉移后能满足支护顶板的要求，同时采煤机能有效的割底矸、硬煤，过断层能力强。采煤机机面高度低，装煤功率大，滚筒转速高，牵引速度与截深相批配。
运输机的运输能力应满足日产量的要求，工作面易片帮、掉顶，造成压死运输机及断链事故的发生，为防止运输机飘链及拉回头煤造成运输机受力下滑，应选择中双链封底槽的运输机。
4、工作面设备防倒、防滑分析
4.1、支架抗滑稳定性分析
不考虑邻架挤靠力，根据设备受力情况，可以计算支架沿倾向滑移的最小角度，如图2所示。
当F1+F2+F3≥W·sinα时，设备不会整体下滑。
即fW·cosα+2f·S·P×103≥W·sinα
式中 F1-支架重力分力产生的摩擦力，KN
F2、F3-支架初撑力与顶、底板产生的摩擦力，KN
W-支架自重，取103.9kN
α-煤層倾角，（°）
f-设备与顶、底板的摩擦系数，取0.5
P-支架初撑力（单体压力表显示值Mpa）
S-支架两立柱内径面积之和，取0.192m2
由上式可以计算出，支架初撑力P=0时，设备整体自滑的最小倾角为18.1°。
工作面最大倾角为32°，支架初撑力P=0时，设备将会出现整体自滑现象，如果不让设备自滑，由上式可以计算出最小初撑力为0.296 kN，压力表显示值15.4Mpa。从工作面的实际情况来看，支架初撑力P不可能同时为零，另外，支架操作采取带压擦顶移架。综合分析，设备不会出现自滑现象。
4.2、支架抗倾倒稳定性分析
根据设备受力情况，支架在不受外来力作用下，支架沿倾向倾倒的最小角度可由下式计算出：
H·W·sinβ=K·W·cosβ
式中 H-支架重心高度，取1750mm
W-支架重量，t
K-支架底座宽度的一半，取660mm
β-沿工作面方向煤层角度，（°）
由上式可得：支架倾向倾倒的最小角度为23.7°，而工作面最大煤层角度为32°。由此可见，为满足液压支架抗倒稳定性的要求，应采取机械手段防止支架歪倒。
4.3、刮板运输机上窜、下滑对支架的影响分析
工作面刮板运输机控制不当，上窜、下滑，带动支架，导致液压支架倾倒，当煤层倾角大于18°时，运输机在自重力作用下下滑，这种情况表现在推移运输机的过程中。运输机在重力的分力G1的作用下下滑，下滑的结果导致支架推移杠与运输机连接偏移垂直方向，生产过程中，因为重力的分力G1与支架推力F的分力F1的合力作用促使运输机加剧下滑，推移杠偏移更加严重，从而加剧运输机的窜动，带动支架倾倒。
F1为运输机窜动对支架产生的拉力；
Fy1为顶板对支架产生的压力沿水平方向的分力； Gz1为支架自重沿水平方向的分力；
f为顶底板对支架产生的摩擦力；
液压支架在F1、Fy1、Gz1、f的合力作用下将产生歪架、倒架现象。
4.4、支架受力不均，导致支架歪倒。
主要表现在工作面采高超过支架允许支撑范围或支架顶梁上方漏空，致使支架顶梁与顶板接顶效果不好，支架受力不均匀，从而导致支架歪倒现象的发生。
4.5、运输机防滑
运输机推移时，在自重作用下下滑，防止下滑的方法有两种，一是工艺防滑，机头调斜超前机尾，形成伪斜开采，并加强伪倾斜管理；二是机械防滑，采用机械拉、顶运输机，防止下滑。
（1）工艺防滑
①工作面单向割煤，单向推溜。割煤时从上向下割煤后推溜，向上跑空刀时，跟机从下向上推溜，减少了机组向上割煤的负荷和对运输机向下的推力。
（2）机械防滑
①利用支架拉紧运输机。在支架底座前用一调架千斤顶配合40T大链与运输机连接，起到对运输机一个向上的拉力，防止运输机下滑，每隔10架一组，在推溜时上下各2个松开，其余都保持拉紧状态，这样利用千斤顶的拉力，起到防滑的作用。
②运输机机头、机尾打压柱，对运输机下滑起到控制作用。
5、复合顶板薄煤层综采工作面顶板特征分析
从我矿回采的己组煤层复合顶板工作面顶板观察分析，再生顶板从上而下大致分为四层：第一层为冒落而没有锈结的矸石，块度较大，厚度约为7～20m；第二层为松散结构，未完全锈结，其厚度约为3～6m；第三层为较破碎松散矸石形成的胶结层，厚度在500～800mm，为再生顶板，其锈结的好坏直接影响到复合顶板正常回采，是复合顶板顶板管理的重点；第四层是粘附在假顶之下压实的浮煤层，厚度约为50～200mm左右，該层能起到一定的护顶作用。
合再生顶板各岩层特征如图3所示
综合上述己组煤层复合顶板顶板结构特征和冒落特点，复合顶板工作面回采与上分层相比，顶板较破碎，容易冒顶，加上受二次采动影响，煤壁压酥，容易片帮，端面维护困难，因此，减少假顶悬露面积，缩短空顶时间，减小假顶的下沉量，保持顶板的相对完整性，就成为复合顶板开采顶板管理的主要内容。
6、实施效果
通过该项目实施以来，己16-24020工作面在2010年2月—2010年4月，采面中上部遇到落差1.4米的断层，断层的影响区域顶板较碎，为加强顶板管理、安全顺利地推过此断层，月产量在6.3万吨以上，2010年5月—2010年9月，采面机头、尾过掘进时冒顶区，重点是做机头、尾超前顶板管理、最终推过冒顶区，月产原煤在6.4以上。在现场施工阶段，共出煤63.1万吨，顶板、机电事故控制在6小时/月以下，实现了复合顶板、薄煤层的安全回采。
7、结论
1、根据工作面的煤层赋存状况，分析了矿山压力状况，煤层厚度、倾角变化，顶板状况，合理确定综采设备配套选型及两巷的支护形式。
2、通过理论分析及现场试验，得出工作面伪斜与煤层倾角的经验对应关系：150以下，超前量约10m；150-200之间，超前量约15-20m；200以上，超前量约26m。对应关系的确定，有效的控制运输机上移下滑。
3、采取有效的技术措施，加强了现场管理，解决了大倾角防坠、防滑，复合顶板的控制，实现了安全高效。
作者简介
李明杰，男，（1981.10—），河南民权人，2009年毕业于河南省理工学院，采矿工程专业，助理工程师，，长期从事煤矿开采工作，现任平顶山天安煤业股份有限公司十矿综采二队队长.）
[关键词]大倾角 薄煤层 综采 安全高效 生产技术
中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0002-02
随着开采深度的增加，煤层瓦斯含量和瓦斯压力明显增大，矿山压力显现更为明显，十矿在防瓦斯、防突、防冲击地压管理方面面临的困难也随之增大，由于复合顶板工作面顶板较破碎，易冒落造成顶板事故，综采工作面设备易歪倒、下滑造成歪架、倒架、冒顶等事故，造成事故多严重制约着安全生产，致使矿井采掘接替日趋紧张，而复合顶板工作面在以上几方面面临的管理难度相对增加，为此，复合顶板、薄煤层的开采成了缓解接替紧张的关键。己16-24020工作面为薄煤层、研究解决大倾角薄煤层条件下回采的各类难题，实现安全高效生产，这对十矿高产高效矿井建设和可持续发展具有必要性和紧迫性。
1、采面概况
己16—24020采面属于-320水平己四采区西翼第二阶段。工作面西至26勘探线以东170米左右，东靠己四轨道运输机和瓦斯专回下山，南为己15—24020（上）采面采空区，北为己15—24020采面采空区。工作面有效走向长度1113m，斜长144.5～164.1m，平均斜长153m，切眼斜长145.9m，回采面积162386.7m2。工作面所采煤层为己16煤层，煤厚为0.81～8m，一般煤厚1.4m。采面自东向西己15与己16夹矸逐渐由0.2m变大为14m左右，机切处己15与己16夹矸约厚8m，风切处己15与己16夹矸约厚14m，切眼内煤层倾角呈上陡下缓趋势，风切向下24°，机切向上20°。煤层综合柱状图如1所示：
2、薄煤层综采工作面设计可行性分析
加大走向长度减少区段煤柱的损失，提高资源回收率，缓解采掘接替关系，有利于采区和矿井合理集中生产。巷道布置形式可采取大断面一次掘进一次支护的形式，达到收敛量可控。增大工作面的长度，不但能使万吨掘进率减少，而且在回采时能减少采煤机割煤时端头的进刀时间和过机头、机尾的次数，增加正常割煤时间，有利于提高单产水平，降低吨煤成本。随着综合机械化采煤的发展，工作面的合理长度逐渐增加，合理工作面的长度在160～200m。
3、薄煤层综采工作面设备选型
薄煤层工作面煤厚在1.3～1.6m，要求支架的支撑高度尽可能有较大的伸缩范围，减少煤炭损失。而应选用两柱式掩护式支架，且支架的支撑高度具有较大的伸缩范围。
采煤机要有足够的牵引力（爬坡能力），且具有良好的制动性。采煤机截深要与支架拉移步距相配套，使支架在拉移后能满足支护顶板的要求，同时采煤机能有效的割底矸、硬煤，过断层能力强。采煤机机面高度低，装煤功率大，滚筒转速高，牵引速度与截深相批配。
运输机的运输能力应满足日产量的要求，工作面易片帮、掉顶，造成压死运输机及断链事故的发生，为防止运输机飘链及拉回头煤造成运输机受力下滑，应选择中双链封底槽的运输机。
4、工作面设备防倒、防滑分析
4.1、支架抗滑稳定性分析
不考虑邻架挤靠力，根据设备受力情况，可以计算支架沿倾向滑移的最小角度，如图2所示。
当F1+F2+F3≥W·sinα时，设备不会整体下滑。
即fW·cosα+2f·S·P×103≥W·sinα
式中 F1-支架重力分力产生的摩擦力，KN
F2、F3-支架初撑力与顶、底板产生的摩擦力，KN
W-支架自重，取103.9kN
α-煤層倾角，（°）
f-设备与顶、底板的摩擦系数，取0.5
P-支架初撑力（单体压力表显示值Mpa）
S-支架两立柱内径面积之和，取0.192m2
由上式可以计算出，支架初撑力P=0时，设备整体自滑的最小倾角为18.1°。
工作面最大倾角为32°，支架初撑力P=0时，设备将会出现整体自滑现象，如果不让设备自滑，由上式可以计算出最小初撑力为0.296 kN，压力表显示值15.4Mpa。从工作面的实际情况来看，支架初撑力P不可能同时为零，另外，支架操作采取带压擦顶移架。综合分析，设备不会出现自滑现象。
4.2、支架抗倾倒稳定性分析
根据设备受力情况，支架在不受外来力作用下，支架沿倾向倾倒的最小角度可由下式计算出：
H·W·sinβ=K·W·cosβ
式中 H-支架重心高度，取1750mm
W-支架重量，t
K-支架底座宽度的一半，取660mm
β-沿工作面方向煤层角度，（°）
由上式可得：支架倾向倾倒的最小角度为23.7°，而工作面最大煤层角度为32°。由此可见，为满足液压支架抗倒稳定性的要求，应采取机械手段防止支架歪倒。
4.3、刮板运输机上窜、下滑对支架的影响分析
工作面刮板运输机控制不当，上窜、下滑，带动支架，导致液压支架倾倒，当煤层倾角大于18°时，运输机在自重力作用下下滑，这种情况表现在推移运输机的过程中。运输机在重力的分力G1的作用下下滑，下滑的结果导致支架推移杠与运输机连接偏移垂直方向，生产过程中，因为重力的分力G1与支架推力F的分力F1的合力作用促使运输机加剧下滑，推移杠偏移更加严重，从而加剧运输机的窜动，带动支架倾倒。
F1为运输机窜动对支架产生的拉力；
Fy1为顶板对支架产生的压力沿水平方向的分力； Gz1为支架自重沿水平方向的分力；
f为顶底板对支架产生的摩擦力；
液压支架在F1、Fy1、Gz1、f的合力作用下将产生歪架、倒架现象。
4.4、支架受力不均，导致支架歪倒。
主要表现在工作面采高超过支架允许支撑范围或支架顶梁上方漏空，致使支架顶梁与顶板接顶效果不好，支架受力不均匀，从而导致支架歪倒现象的发生。
4.5、运输机防滑
运输机推移时，在自重作用下下滑，防止下滑的方法有两种，一是工艺防滑，机头调斜超前机尾，形成伪斜开采，并加强伪倾斜管理；二是机械防滑，采用机械拉、顶运输机，防止下滑。
（1）工艺防滑
①工作面单向割煤，单向推溜。割煤时从上向下割煤后推溜，向上跑空刀时，跟机从下向上推溜，减少了机组向上割煤的负荷和对运输机向下的推力。
（2）机械防滑
①利用支架拉紧运输机。在支架底座前用一调架千斤顶配合40T大链与运输机连接，起到对运输机一个向上的拉力，防止运输机下滑，每隔10架一组，在推溜时上下各2个松开，其余都保持拉紧状态，这样利用千斤顶的拉力，起到防滑的作用。
②运输机机头、机尾打压柱，对运输机下滑起到控制作用。
5、复合顶板薄煤层综采工作面顶板特征分析
从我矿回采的己组煤层复合顶板工作面顶板观察分析，再生顶板从上而下大致分为四层：第一层为冒落而没有锈结的矸石，块度较大，厚度约为7～20m；第二层为松散结构，未完全锈结，其厚度约为3～6m；第三层为较破碎松散矸石形成的胶结层，厚度在500～800mm，为再生顶板，其锈结的好坏直接影响到复合顶板正常回采，是复合顶板顶板管理的重点；第四层是粘附在假顶之下压实的浮煤层，厚度约为50～200mm左右，該层能起到一定的护顶作用。
合再生顶板各岩层特征如图3所示
综合上述己组煤层复合顶板顶板结构特征和冒落特点，复合顶板工作面回采与上分层相比，顶板较破碎，容易冒顶，加上受二次采动影响，煤壁压酥，容易片帮，端面维护困难，因此，减少假顶悬露面积，缩短空顶时间，减小假顶的下沉量，保持顶板的相对完整性，就成为复合顶板开采顶板管理的主要内容。
6、实施效果
通过该项目实施以来，己16-24020工作面在2010年2月—2010年4月，采面中上部遇到落差1.4米的断层，断层的影响区域顶板较碎，为加强顶板管理、安全顺利地推过此断层，月产量在6.3万吨以上，2010年5月—2010年9月，采面机头、尾过掘进时冒顶区，重点是做机头、尾超前顶板管理、最终推过冒顶区，月产原煤在6.4以上。在现场施工阶段，共出煤63.1万吨，顶板、机电事故控制在6小时/月以下，实现了复合顶板、薄煤层的安全回采。
7、结论
1、根据工作面的煤层赋存状况，分析了矿山压力状况，煤层厚度、倾角变化，顶板状况，合理确定综采设备配套选型及两巷的支护形式。
2、通过理论分析及现场试验，得出工作面伪斜与煤层倾角的经验对应关系：150以下，超前量约10m；150-200之间，超前量约15-20m；200以上，超前量约26m。对应关系的确定，有效的控制运输机上移下滑。
3、采取有效的技术措施，加强了现场管理，解决了大倾角防坠、防滑，复合顶板的控制，实现了安全高效。
作者简介
李明杰，男，（1981.10—），河南民权人，2009年毕业于河南省理工学院，采矿工程专业，助理工程师，，长期从事煤矿开采工作，现任平顶山天安煤业股份有限公司十矿综采二队队长.）