1、工程背景
天祝煤業(yè)公司3225綜放工作面走向長(zhǎng)900 m，傾斜長(zhǎng)70m，煤層厚度4-8m，綜采采高2.2m，煤層傾角18～21°，局部?jī)A角達(dá)32°，可采儲(chǔ)量46.7萬t，煤層距離地表300—500m。煤層較為堅(jiān)硬且厚度逐漸變化，沿走向方向由井田中心向南、北方向變薄直至消失。
該工作面綜放開采的技術(shù)難點(diǎn)：
(1)中層煤硬度f=0.59~0.64，上層煤硬度，=0.85～2.76，中、上煤之間有一層被稱為八寸石的夾矸。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于上層煤較中層煤硬，所以上層煤的冒放性較中層差。懸空的上層煤和八寸石夾矸，在垮落前常呈現(xiàn)出明顯的向下彎曲變形，隨后才發(fā)生垮落，頂煤的垮落常常滯后，這對(duì)頂煤的回收增加了一定的難度。
(2)堅(jiān)硬頂板不能隨采隨冒，延長(zhǎng)頂板垮落和來壓的周期，增強(qiáng)來壓的強(qiáng)度，頂煤回收難度加大。
(3)煤層傾角大，厚度不均條件下的綜放開采工藝異常復(fù)雜，使得對(duì)設(shè)備選型與配套的要求大大提高。
(4)傾斜綜放工作面安全事故多，對(duì)安全保障技術(shù)難度加大。
2、覆巖運(yùn)動(dòng)特征的相似模擬
2.1相似模型及實(shí)驗(yàn)參數(shù)確定
(1)原始參數(shù)。工作面傾斜布置．走向推進(jìn)。走向長(zhǎng)度900m，傾斜長(zhǎng)度70m，截深0.6m，采高
2.2m．兩采一放，步距1.2m．放煤平均厚度7.72m，煤層平均傾角為30°。
(2)模型參數(shù)。幾何相似常數(shù)為100，密度相似常數(shù)為1.56，根據(jù)相似理論，確定出應(yīng)力及強(qiáng)度相似常數(shù)為160。模型選用3m平面模型支架，模型按線比從中層煤向上鋪裝1.4m．以上覆蓋的巖土重量，用配重的方式進(jìn)行模擬。
2.2采場(chǎng)頂煤及八寸石夾矸活動(dòng)規(guī)律
通過模擬過程可以看出，采場(chǎng)頂煤及頂板活動(dòng)規(guī)律為：當(dāng)工作面走向推進(jìn)到13m處時(shí)，頂煤由于重力的作用，發(fā)生離層，支架所受的載荷為2550kN左右。隨著工作面的不斷推進(jìn)，離層裂隙不斷發(fā)展，在工作面推進(jìn)到39m處時(shí)，離層懸空的頂煤達(dá)到極限垮距，頂煤發(fā)生首次大范圍垮落，支架所受的載荷為4170 kN左右。當(dāng)工作面推進(jìn)到51m處，直接頂發(fā)生初次垮落，垮落前支架所承受的載荷3 302kN左右。老頂初次垮落的極限距離是73m左右，垮落前支架所受載荷達(dá)為3587kN左右。老頂周期垮落的步距為20m左右。
2.3煤巖斷裂垮落的幾個(gè)特征
通過模擬過程可以得出煤巖斷裂垮落的幾個(gè)特征。
(1)上層煤和八寸石夾矸冒放性較中層煤差。在垮落前常呈現(xiàn)出明顯的向下彎曲變形，頂煤的垮落常常滯后工作面一定距離，造成頂煤回收率低。
(2)堅(jiān)硬的直接頂巖石不能隨采隨冒，延長(zhǎng)頂板垮落和來壓的周期，而且增強(qiáng)來壓的強(qiáng)度。
(3)堅(jiān)硬頂板破斷后，相互之間很容易形成咬合，在下部形成鉸接式平衡拱結(jié)構(gòu)。
3、大傾角堅(jiān)硬煤層綜放開采的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)
根據(jù)以上相似模擬實(shí)驗(yàn)研究，針對(duì)該類大傾角堅(jiān)硬煤層綜放開采，采取了相應(yīng)的技術(shù)措施。
3.1 工作面快速安裝技術(shù)
采用自下而上整架后退式安裝方法，用此方法安裝的目的是靠液壓支架整體自重，重心偏下有下滑趨勢(shì)的條件，利用絞車牽引支架，控制支架下滑速度減少拉運(yùn)阻力，便于掌握支架的排列間距，利于和前部
刮板輸送機(jī)有效連接，提高安裝質(zhì)量、節(jié)約安裝時(shí)間。
3225綜放工作面共安裝液壓支架50付，設(shè)備安裝所用時(shí)間為：支架6d，其中下端頭兩付過渡架分別用兩個(gè)小班，機(jī)頭段30m每小班安裝2架，機(jī)頭30m以上每小班安裝3架，最高一個(gè)小班安裝4架。刮板輸送機(jī)4d，采煤機(jī)ld。工作面設(shè)備總安裝時(shí)間為11d。
3.2半刀割煤工藝
(1)采煤機(jī)首先從工作面機(jī)尾斜切位置以半個(gè)截深下行割煤，采煤機(jī)左右滾筒均沿底板割煤并裝煤，一直割到距刮板機(jī)機(jī)頭12架（夠采煤機(jī)一個(gè)斜切位置即可）處。
(2)采煤機(jī)下行割煤到第12架時(shí)，將采煤機(jī)前進(jìn)方向的滾筒升高到煤層頂板或接近煤層頂板，另一個(gè)滾筒繼續(xù)沿底板，將工作面12架至刮板機(jī)機(jī)頭處輸送機(jī)溜槽推進(jìn)，使之靠近煤壁，從而使采煤機(jī)割全刀(600mm)割至刮板輸送機(jī)機(jī)頭，并隨之移第1~9架基本支架，立即支護(hù)工作面機(jī)頭裸露的頂板，同時(shí)將9架至刮板輸送機(jī)機(jī)尾的溜槽推進(jìn)下半個(gè)截深。
(3)采煤機(jī)割至工作面刮板輸送機(jī)機(jī)頭處后，將靠刮板輸送機(jī)機(jī)頭側(cè)滾筒降至底板，機(jī)尾側(cè)滾筒升至頂板或接近頂?shù)�，采煤機(jī)掉頭上行向機(jī)尾割剩下的半個(gè)截深煤壁及頂煤，緊隨采煤機(jī)割掉頂煤后，立即移架支護(hù)裸露的頂板，并隨后將工作面輸送機(jī)推進(jìn)半個(gè)截深。
(4)采煤機(jī)割至刮板輸送機(jī)機(jī)尾處割掉機(jī)尾斜切三角煤后，將左右滾筒再次全部落至底板，改變牽引方向準(zhǔn)備進(jìn)行下一刀割煤。此時(shí)即完成—個(gè)割煤循環(huán)。
相對(duì)于常規(guī)割煤工藝所形成的方角煤壁，該工藝減少了直接頂暴露時(shí)間，減少了上下端頭開缺口的繁鎖工序及停機(jī)時(shí)間，又因截深窄，采煤機(jī)截割阻力小，負(fù)荷輕，基本能保證采煤機(jī)全速運(yùn)行，達(dá)到快速割煤的目的。
3.3工作面輸送機(jī)上下竄的控制技術(shù)
針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況，采取不同的方法，改變移架過程中支架的受力狀態(tài)，控制前后溜的上下竄來達(dá)到目的。
(1)工作面?zhèn)涡遍_采。根據(jù)開采實(shí)踐，傾角在20°～25°、長(zhǎng)度在50～65 m的工作面，采取運(yùn)輸巷超前回風(fēng)巷8～12m、偽斜30～5。開采，能減少支架和刮板輸送機(jī)向下的分力，機(jī)頭1～2架基本采平抑制其整體下滑趨勢(shì)，亦不會(huì)造成刮板輸送機(jī)上竄。
(2)移架方式采用單架依次順序式或分組整體依次順序式半卸載帶壓擦頂移架，達(dá)到控制支架上竄趨勢(shì)的目的。
(3)根據(jù)工作面前后刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接情況，堅(jiān)持單向順序上行推前刮板輸送機(jī)和拉后刮，板輸送機(jī)工作，當(dāng)刮板輸送機(jī)下竄時(shí)上行移刮板輸送機(jī)，當(dāng)刮板輸送機(jī)上竄時(shí)反方向進(jìn)行。
3.4提高頂煤回收率技術(shù)
(1)放頂煤工序。工作面每開兩幫放一次頂煤，放煤步距1.2 m，根據(jù)工作面條件采用由下向上多輪均衡間隔順序放煤。每付支架，每輪放煤時(shí)間控制在2 ~4 min之間，放煤量控制在3 t左右。
(2)在移架過程中使支架前立柱高于后立柱100 ~150 mm，保證支架頂梁后部與工作面頂板間形成空隙，便于頂煤垮落。
(3)1作面放頂煤步距為1.2m，有效防止老塘側(cè)矸石涌向支架尾梁。
3225工作面共回采煤量48.9萬t，回采率達(dá)到91.3%，其中頂煤回采率為83%，工效達(dá)到22t/工，最高月產(chǎn)達(dá)8.1萬t。
3.5 U型上行“附加局部”通風(fēng)技術(shù)
根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)及該工作面巷道布置情況，該工作面選用“U”型上行通風(fēng)方式，為解決高瓦斯礦井上隅角瓦斯問題，在回風(fēng)巷距工作面50 m處安裝一臺(tái)抽出式風(fēng)機(jī)，用于抽出上隅角積聚的瓦斯，當(dāng)上隅角涌出瓦斯時(shí)，采用在支架下側(cè)懸掛導(dǎo)風(fēng)簾或用壓風(fēng)管路將新鮮風(fēng)流引入上隅角下部稀釋瓦斯。
4、結(jié)論
(1)以天祝煤礦3225工作面開采條件為工程背景，采用相似材料模型實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析了大傾角堅(jiān)硬煤層采場(chǎng)頂煤及頂板活動(dòng)規(guī)律，得到了綜放開采過程中煤巖斷裂垮落的幾個(gè)顯著特征，為工作面實(shí)際開采提供了基礎(chǔ)依據(jù)。
(2)3225工作面首次試驗(yàn)采用走向長(zhǎng)壁、中上層煤合采的綜放開采技術(shù)，取得了半刀割煤采煤工藝、工作面快速安裝、輸送機(jī)上下竄控制、堅(jiān)硬煤層頂煤回收率提高；“U”型上行“附加局部”通風(fēng)等創(chuàng)新性技術(shù)成果，實(shí)現(xiàn)了工作面安全回采。
相關(guān)輸送機(jī)產(chǎn)品：
1、
刮板輸送機(jī)
2、
螺旋輸送機(jī)
