CN110578539A - 一种大倾角工作面综放开采稳定性的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大倾角工作面综放开采稳定性的控制方法，包括大倾角综放工作面的布置、工作面支架稳定性控制方法、工作面煤壁的稳定性控制方法、综放开采安全防范方法。本发明工作面伪俯斜布置能有效抑制大倾角工作面煤壁片帮；而且采煤机割下的煤向煤壁侧运动，消除了矿工在行人道作业时受到的飞煤威胁；本发明设计合理、技术简单且施工方便，所采用的工作面煤壁的稳定性控制方法、综放开采安全防范方法，可以提高工作面煤壁的稳定性，有效的保证煤层开采过程中工作人员的安全问题，降低安全事故的发生概率，实现工作面安全高效生产。提高了综放工作面放煤效率和煤炭回收率及降低贫化率；大大提升综放工作面循环产量。
Description
技术领域
本发明涉及地下煤矿开采技术领域，具体指一种大倾角工作面综放开采稳定性的控制方法。
背景技术
大倾角煤层是倾斜和急斜煤层的一部分，是一类特殊埋藏条件的煤层和国际采矿界公认的难采煤层。大倾角煤层变角度综放开采工作面受煤层倾角、工作面角度变化影响，工作面不同区域煤壁变形破坏、应力分布、支架相互关系复杂，不能保证安全高效开采。大倾角综放工作面开挖后，煤壁一侧为自由区域，煤壁处于两向或单向受力状态。煤壁的松软煤体在矿山压力作用下产生塑性破坏，容易发生片帮和冒顶现象。片帮和冒顶会影响煤壁对工作面上覆顶煤和岩体的支撑作用，同时影响工作面支架与围岩的相互作用关系，反过来这又会进一步加剧片帮和冒顶，对采场顶板的控制产生不利影响。另外，煤层太软容易造成工作面的片帮冒顶，导致顶板控制困难。由于放顶煤开采的支架上方直接接触的是煤层，而煤层具有塑性，尤其在煤层较软时，顶板压力会通过煤层传递到工作面支架。一方面由于煤层的存在，工作面支架的压力相对较小，但同时其对顶板的反作用力也减小，导致对顶板的切顶效果较差，顶板不易垮落，在顶板不是很坚硬时，上述问题尚不是很突出，但如果顶板坚硬就要采取措施才能保证顶板及时垮落；另一方面，由于煤层承受了顶板的压力，因而变得更加破碎，如果措施不当，就会造成支架上方顶煤冒空，出现支架空顶现象，造成安全隐患。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种大倾角工作面综放开采稳定性的控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种大倾角工作面综放开采稳定性的控制方法,包括大倾角综放工作面的布置、工作面支架稳定性控制方法、工作面煤壁的稳定性控制方法、综放开采安全防范方法：
所述大倾角综放工作面的布置包括工作面设备的布置和工作面伪斜布置；所述工作面设备的布置包括下端头有一定的弯曲，逐步递减倾角，下端头形成一个倾角小甚至水平布置的稳定支撑，推移工作面支架时先下后上，一架靠一架；所述工作面伪斜布置为沿工作面推进方向风巷末端超前机巷末端的伪俯斜布置方式；
所述工作面支架稳定性控制方法包括支架防倒、支架防滑、输送机防滑和提高支架稳定性；
所述支架防倒：在开采时采用伪斜方式布置工作面，以减小工作面倾角，同时支架需加防倒防滑装置，具体的控制措施有：
（1）确保支架顶梁间没有间隙，没有倾倒的空间，支架侧护板设置千斤顶装置和侧推弹簧，保证支架顶梁间相互靠紧，始终有足够的扶正力，防止倒架现象的出现；
（2）邻架顶梁间增设调架千斤顶，支架出现倾倒时可以以支撑顶板的相邻支架作为支点，采用千斤顶调整该支架位置；
所述支架防滑：支架防滑是在底座前部或/和后部设防滑装置，前部在过桥处相邻两架间设防滑千斤顶，相互拉紧防止移架时下滑，后部排头第1架用千斤顶加锚链的连接装置与上部支架相互连接、牵拉防滑，连接位置是底座、或采高较大的支架连接在连杆上；其余支架通过调底座千斤顶和顶掩梁侧护板的支撑来防止下滑；支架移架时，牵拉装置暂时放松，到位后，先拉紧，调整支架后再升柱支撑顶板；
所述输送机防滑：是在支架底座和输送机之间设置防滑千斤顶，在推拉溜时可以牵制输送机的下滑；对于前部输送机，在液压支架设计时控制推移装置和底座的间隙，使推移装置能够起到好的导向作用，既能在推溜时控制输送机的下滑，又能在移架时控制支架的下滑；对于放顶煤支架的后部输送机，在支架后部连接一个底托架，后部输送机卡在底托架上对于支架前后滑动，限制左右摆动；
当工作面倾角大于15°时，就需对支架采取防滑措施，具体的控制措施有：
（1）将大倾角工作面伪俯倾斜布置，减小工作面开采时的倾角；
（2）设置推移杆全程导向，推移杆与底座间隙控制在单侧15～20mm范围内，推移杆在任意位置时，推移杆和底座间间隙保持不变，从而达到控制运输机下滑的目的；
（3）确保运输机不下滑，通过控制运输机推移顺序来调整运输机位置，先推机头，可使运输机上窜，先推机尾，则可使运输机下滑；相邻支架底座之间设置防滑千斤顶，以较大初撑力支架为支点，调整相邻支架的位置；在运输机和支架间设置防运输机下滑装置，可每隔五架设一组，同时推移运输机时，可通过控制防滑千斤顶动作，实现牵引运输机上移。
而且，所述提高支架稳定性，具体的控制措施有：
（1）选用中心距1.75m或以上型号的支架，应在保证拉后溜千斤顶空间情况下加宽底座；
（2）增加初撑力和工作阻力，降低底板比压：加大支架初撑力，工作时充分利用工作阻力，可提高支架稳定性；加大支架阻力时，以不破坏煤层底板为前提，同时需确保支架与顶底板接触状况良好；另外，还需依靠加大底座面积，调整合力作用点位置来降低底板比压；
（3）控制采高，加快采面推进速度：控制采高也即控制开采时支架的高度；在不降低工作面回采率前提下，控制采高；
（4）安装导向杆、导向腿、导向轨机械导向装置，支架的底座安装导向杆，用于导向，在移架时控制方向，同时，架间调整利用调架千斤顶，设置在相邻支架,在移架过程中对支架行进调整，导向腿装与输送机或推移梁相连,安置在相邻支架的底座,可保持支架间距和控制其移动时方向，并兼具相当的防滑特性，被用来控制整体移动的支架，导向轨和装在支架上的调架千斤顶一起，起到导向防滑和调架的作用，安装在底座间；
（5）安装活动侧护板：安装带有活动侧护板的掩护型支架顶梁和掩护梁上的活动侧护板；当倾角大于15°时,需要加大活动侧护板的液压推力,并采取两侧可活动的结构；
（6）防止支架下滑：采用伪俯斜工作面布置；
（7）安装防倒防滑千斤顶: 在液压支架上安装防倒或防滑千斤顶并进行架间调整；可活动侧护板均安装在掩护支架上。
而且，所述工作面煤壁的稳定性控制方法，具体的控制措施有：
（1）合理提高初撑力和工作阻力，在设计支架时，选用较大缸径立柱和大流量阀；
（2）带压及时支护， 滞后采煤机组1～2架时，马上带压移架支护顶煤。
而且，所述综放开采安全防范方法，具体的控制措施有：
(1) 回采工艺安全防范方法：
① 工作面生产过程中，工作面采取双向割煤方式，采取端头或中部“∞”型斜切进刀方式；
②将工作面调成伪倾斜（调斜角度2～8°），确保前后溜与转载机搭接点符合作业规程规定；
③ 在顶板破碎、构造区域铺设双层菱形网、垫设板梁或施工锚索构顶，锚索长度不小于4.3m的超前锚索进行固定及强行托顶，进行托顶煤；优选为，单体锚索或工字钢锚索；
④ 工作面正常生产过程中，放煤工要控制好放煤量，放煤过程中严格执行见矸关门，严禁把顶板放空；顶板破碎、支架倾斜区域不进行放煤量，防止支架上方放空、导致支架失稳倒架；
(2) 支架防倒防滑方法：
① 严格控制采煤机高度，保证顶底板平整，使液压支架与顶底板接触严密，保证支架有足够初撑力，防止支架下滑；
② 工作面移架时，必须带压移架，移架时使用侧护板和抬底油缸，及时调整支架状态，保证支架平稳可靠，前立柱初撑力不低于24MPa；
③ 拉移支架时采取带压擦顶移架，少降快拉，减少空顶时间，控制好顶板；移架后支架与顶板应接触严密，严禁支架上仰下倾，并每班不少于2次补液，保证初撑力达到规定要求；
④加强支架初撑力的管理，严格控制工作面相邻支架的错茬，严禁错茬超支架顶梁侧护板宽度的2/3；
⑤拉架时以下方支架为导轨前移，支架间距超过规定时，先调底座间距，然后再调倾斜度，调整以后再拉支架，防止个别支架下倾造成中部倒架；调架时可采取两人分别操作相邻两架，一人负责拉架，一人操作下方支架侧护板；两人操作时，其他人员撤到前后三架支架以外；
过渡支架防倒滑：工作面下端头采用ZFT25000/23/45型端头支架，1#、2#端头支架安装有防倒油缸，能保证端头架的稳定性；工作面机头过渡支架(排头架)顶梁紧靠端头支架顶梁，能有效控制过渡支架防倒，过渡架拉架时，以端头架侧护板为导轨前移，达到调整支架作用；当支架出现失稳现象时，利用支架的侧护、调架千斤顶、单体柱及时靠正支架；
排头支架防倒滑：下排头支架组由5架组成，下三架的顶梁与上三架的底座用千斤顶和圆环链拉紧，用来防倒；下三架底座前段用两个带十字连接头的千斤顶互相拉住，用来挑架；下三架还装有由千斤顶和圆环链组成的防滑装置；四、五架在工作面倾角﹥45°或工作面下端顶板大面积破碎时使用，借以拉住下三架；在移架过程中，防倒千斤顶油路中的液控单向阀关闭，中流量安全阀溢流，以确保下架不倾倒；上排头支架组由三架组成，由于受输送机传动装置限制，该三架支架的底座滞后正常支架一个移架步距，它们的顶梁、推移杆和侧护板都相应加长；为了保证对顶板的正常支护，在加长顶梁下面增加一个辅助千斤顶和调节其下端职称位置的调节千斤顶；上排头支架组成仅有防倒装置，而无调架和防滑装置；当由下向上移架时，应先移1架，后移其下方的支架；
中间支架防倒滑：支架间距超过规定时，先用底座靠架油缸调底座间距，然后用支架侧护板靠架调倾斜度，保持支架平稳，杜绝前倾后仰，防止支架下倾造成中部倒架；当支架倾斜严重时，利用支架侧护、单体液压支柱及时调整，保证支架平直、稳定。
(3) 支架倒架、咬架采用单体柱调整方法:
处理倒架时，先将所处理支架上方5架支架升紧，确保初撑力达标；将所处理支架降下200mm，使用2根单体柱进行靠架，将第一根单体柱柱头顶在所靠支架顶梁上，柱根顶在下方相邻支架底座上，第二根单体柱柱头顶在所靠支架尾梁上，柱根顶在下方后溜槽座上，实行远程注液操作将支架底座调平，然后升紧支架，调架时自上而下逐架进行调整；
单体柱支设好后，进行拉移支架，在拉架过程中，还需要配合侧护板进行；同时单体柱进行远程供液，把顶梁调平，利用支架抬底油缸、侧护板，提起倒架一侧底座，在底座下方垫入板梁、道木等，最后升紧支架，调整支架时，要求自上而下逐架进行调整；
为了防止支架在拉移后继续有倒架趋势，采用单体柱戗柱支架，支设位置同靠架支设位置相同；
机组割煤时，采用追机拉架或带压移架方法；当工作面片帮深度大时，超前拉架后再进行割煤；
机组到达支架倒架区域时，机组割一架煤后，将机组退后10m以外，将工作面所有运转设备进行闭锁，在进行靠架作业，靠架工艺同上；
(4) 采煤机及电缆防滑方法:
①采煤机设有变频器和液压闸，当采煤机下行割煤时，采煤机的下滑力大于采煤机所受阻力的情况下，通过变频器改变牵引电机的电源电压和频率实现对牵引电机的调速，有效控制采煤机下行速度；当采煤机停机时，液压闸动作，阻止机组下滑；
② 采煤机电缆防滑：采用防滑装置安装在机尾托缆槽上，割煤过程中通过操作防滑装置的手把，慢慢的下放托缆，防止托缆下滑，停止割煤时则将防滑装置刹车手把用双股8#铁丝与托缆架固定牢固，托缆防滑装置操作人员派专人操作；
③ 工作面动力电缆防滑：工作面除采煤机电缆外其余电缆全部安装在前溜电缆槽，为防止电缆下滑，每隔10m使用吊装带将电缆捆绑与溜槽固定；
(5) 刮板输送机防滑方法
① 设置防滑千斤顶，工作面每隔10～15架设置一个防滑千斤顶，其一端与刮板机中部槽连接，另一端与液压支架底座相连，推移刮板输送机时将防滑千斤顶拉紧。
② 因后部刮板输送机采用圆环链软连接，在设备出现下滑影响出煤时，通过调整链环长度调整支架下滑，在回采过程中必须严格执行从下往上移溜顺序，在输送机下滑严重影响出煤时可采取缩溜槽的方式进行处理。
而且，用于煤层平均倾角为20°-30°的地下矿山煤矿开采。
本发明与现有技术相比具有以下优势：
1、本发明首次提出了一种大倾角工作面综放开采稳定性的控制方法，在行业内处理领先地位；本发明设计合理、技术简单且施工方便，所采用的工作面煤壁的稳定性控制方法、综放开采安全防范方法，可以提高工作面煤壁的稳定性，有效的保证煤层开采过程中工作人员的安全问题，降低安全事故的发生概率，实现工作面安全高效生产。提高了综放工作面放煤效率和煤炭回收率及降低贫化率；大大提升综放工作面循环产量。
2、本发明有效解决了倾角大的区域放煤过程中出现下部支架放煤而上部5～8#架顶煤流空，存在严重安全隐患，而采用下部支架少量放煤控制上部支架顶煤流空现象，造成煤炭资源严重浪费的技术问题，充分保障了作业人员的安全问题；庞庞塔矿采用本发明技术以来，生产安全事故降低了80%。
3、本发明对于大倾角工作面的布置，从整体上提高工作面的稳定性和安全性，简化了输送机和装载机的搭接配合，也便于生产和管理。
4、本发明伪俯斜布置是沿工作面推进方向风巷末端超前机巷末端，这种布置方式其突出优点在于能有效抑制大倾角工作面煤壁片帮；而且采煤机割下的煤朝煤壁侧运动，消除了矿工在行人道作业时受到的飞煤威胁；伪俯斜工作面煤壁稳定性最佳。
附图说明
图1是工作面设备布置图；
图2是另一种工作面设备布置图；
图3是煤壁单元空间受力模型及单元体受力分析图；
图4 支架工作时受力分析图；
图5顶梁防倒设计图；
图6支架间防滑设计图；
图7 运输机和支架间的防滑设计图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。本发明为详细描述的部分军科采用现有技术的方法进行
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
一种大倾角工作面综放开采稳定性的控制方法，包括大倾角综放工作面的布置、工作面支架稳定性控制方法、工作面煤壁的稳定性控制方法、综放开采安全防范方法：
所述大倾角综放工作面的布置包括工作面设备的布置和工作面伪斜布置；所述工作面设备的布置包括下端头有一定的弯曲，逐步递减倾角，下端头形成一个倾角小甚至水平布置的稳定支撑，推移工作面支架时先下后上，一架靠一架；所述工作面伪斜布置为沿工作面推进方向风巷末端超前机巷末端的伪俯斜布置方式；
大倾角工作面设备的布置形式直接影响到防倒防滑的效果，图1和图2中的表示煤层倾角，如图1所示，大倾角厚煤层在布置工作面设备时，往往下端头有一定的弯曲，逐步递减倾角，增大下端头支架的稳定性，这样布置的优点是在下端头形成一个倾角小甚至水平布置的稳定支撑，推移工作面支架时先下后上，一架靠一架，避免出现倾倒和下滑这种布置方式便于生产和管理，适用于大倾角、厚煤层工作面。
煤层厚度不大或者倾角相对较小的工作面往往采用图2所示的布置方式，这种方式和水平布置相近，但工作面没有水平端的稳定支撑，不便于生产管理，也存在一定的安全隐患，这种布置方式的难点是处理好下排头支架下滑的问题，尤其是排头第1架。对于大倾角工作面的布置，采用本发明图1所示的布置方式，从整体上提高工作面设备的稳定性和安全性，简化了输送机和装载机的搭接配合，也便于生产和管理。本发明也是首次在大倾角工作面综放开采中使用了这种布置方式，取得了很好的生产效果。
根据煤壁前方煤体的变形过程及特点,可将其沿走向划分为破裂（碎）区、塑性区及弹性区。
考虑到大倾角工作面煤壁已为破裂（碎）状态,且工作面调斜后煤壁的受力状态发生改变，图3所示，故建立3种煤壁单元空间受力简化模型。其中所在平面为煤壁，假定五面体中除外的4个平面代表受载下裂隙贯通扩张后产生的破裂面，亦为煤壁单元脱离煤壁母体的滑动面。
3种布置方式下工作面煤壁受力分析如下。
由式（7）可见，相比伪俯斜工作面，伪仰斜工作面煤壁更易达到失稳条件，真倾斜工作面次之。故3种布置方式中伪俯斜工作面煤壁稳定性最佳。
伪俯斜布置与伪仰斜布置工作面倾斜方位相反，即沿工作面推进方向风巷末端超前机巷末端。相比伪仰斜工作面，其突出优点在于能有效抑制大倾角工作面煤壁片帮。而且采煤机割下的煤朝煤壁侧运动，消除了矿工在行人道作业时受到的飞煤威胁。
大倾角支架的稳定性分析：
液压支架在大倾角工作面中正常工作时，在支架自重G、初撑力N1、底板反力N2、顶板压力的合力N、上下邻架间挤靠力F1和F2的共同作用下处于平衡状态，如图4所示，若支架上述平衡状态被打破，则表明支架所受合力作用点偏出底座，此时支架会失稳。支架失稳倾覆的瞬间，底板反力N2作用于O处。
根据力矩极限平衡条件可得（见图4(b))：
由式（9)可以看出，与成反比，与B成正比，b与α成反比。即支架重心越低，底座越宽，支架适应倾角和压力的能力越强。
从图（10）可以看出，支架自稳力臂b随支架底座宽度增加而变大，随支架重心高度增加而减小，即支架底座越宽、重心越低、支撑高度越低，支架自重稳力矩则越大，支架抗倾倒能力也越强。上述受力分析中，忽略了支架尾梁所受来自滑落顶煤和矸石的外载作用力。若此外载的水平合力大于支架正常工作时的摩擦力，支架在水平方向上的受力不平衡，支架也会失稳，甚至倾倒。对于矿煤层平均倾角为20°-30°的工作面而言，采空区冒落矸石在重力作用下，会沿底板向工作面下段移动，使得工作面下部采空区充填密实，上部采空区矸石充填不充分，造成工作面上部液压支架倾倒的风险性与复杂性增大，因此必须对采取措施控制工作面支架稳定性。
所述工作面支架稳定性控制方法包括支架防倒、支架防滑、输送机防滑和提高支架稳定性；
所述支架防倒：在开采时采用伪斜方式布置工作面，以减小工作面倾角，同时支架需加防倒防滑装置，具体的控制措施有：
（1）确保支架顶梁间没有间隙，没有倾倒的空间，支架侧护板设置千斤顶装置和侧推弹簧，保证支架顶梁间相互靠紧，始终有足够的扶正力，防止倒架现象的出现；
（2）邻架顶梁间增设调架千斤顶，支架出现倾倒时可以以支撑顶板的相邻支架作为支点，如图5所示，采用千斤顶调整该支架位置；
所述支架防滑：如图6所示，支架防滑是在底座前部或/和后部设防滑装置，前部在过桥处相邻两架间设防滑千斤顶，相互拉紧防止移架时下滑，后部排头第1架用千斤顶加锚链的连接装置与上部支架相互连接、牵拉防滑，连接位置是底座、或采高较大的支架连接在连杆上；其余支架通过调底座千斤顶和顶掩梁侧护板的支撑来防止下滑；支架移架时，牵拉装置暂时放松，到位后，先拉紧，调整支架后再升柱支撑顶板；
所述输送机防滑：是在支架底座和输送机之间设置防滑千斤顶，在推拉溜时可以牵制输送机的下滑；对于前部输送机，在液压支架设计时控制推移装置和底座的间隙，使推移装置能够起到好的导向作用，既能在推溜时控制输送机的下滑，又能在移架时控制支架的下滑；对于放顶煤支架的后部输送机，在支架后部连接一个底托架，后部输送机卡在底托架上对于支架前后滑动，限制左右摆动；
当工作面倾角大于15°时，就需对支架采取防滑措施，具体的控制措施有：
（1）将大倾角工作面伪俯倾斜布置，减小工作面开采时的倾角；
（2）设置推移杆全程导向，推移杆与底座间隙控制在单侧15～20mm范围内，推移杆在任意位置时，推移杆和底座间间隙保持不变，从而达到控制运输机下滑的目的；
（3）确保运输机不下滑，通过控制运输机推移顺序来调整运输机位置，先推机头，可使运输机上窜，先推机尾，则可使运输机下滑；如图7所示，相邻支架底座之间设置防滑千斤顶，以较大初撑力支架为支点，调整相邻支架的位置；在运输机和支架间设置防运输机下滑装置，可每隔五架设一组，同时推移运输机时，可通过控制防滑千斤顶动作，实现牵引运输机上移。
本实施例中，所述提高支架稳定性，具体的控制措施有：
（1）选用中心距1.75m或以上型号的支架，应在保证拉后溜千斤顶空间情况下加宽底座；
（2）增加初撑力和工作阻力，降低底板比压：加大支架初撑力，工作时充分利用工作阻力，可提高支架稳定性；加大支架阻力时，以不破坏煤层底板为前提，同时需确保支架与顶底板接触状况良好；另外，还需依靠加大底座面积，调整合力作用点位置来降低底板比压；
（3）控制采高，加快采面推进速度：控制采高也即控制开采时支架的高度；在不降低工作面回采率前提下，控制采高；
（4）安装导向杆、导向腿、导向轨机械导向装置，支架的底座安装导向杆，用于导向，在移架时控制方向，同时，架间调整利用调架千斤顶，设置在相邻支架,在移架过程中对支架行进调整，导向腿装与输送机或推移梁相连,安置在相邻支架的底座,可保持支架间距和控制其移动时方向，并兼具相当的防滑特性，被用来控制整体移动的支架，导向轨和装在支架上的调架千斤顶一起，起到导向防滑和调架的作用，安装在底座间；
（5）安装活动侧护板：安装带有活动侧护板的掩护型支架顶梁和掩护梁上的活动侧护板；当倾角大于15°时,需要加大活动侧护板的液压推力,并采取两侧可活动的结构；
（6）防止支架下滑：采用伪俯斜工作面布置；
（7）安装防倒防滑千斤顶: 在液压支架上安装防倒或防滑千斤顶并进行架间调整；可活动侧护板均安装在掩护支架上。
优选地，所述工作面煤壁的稳定性控制方法，具体的控制措施有：
（1）合理提高初撑力和工作阻力，在设计支架时，选用较大缸径立柱和大流量阀；
（2）带压及时支护， 滞后采煤机组1～2架时，马上带压移架支护顶煤。
优选地，所述综放开采安全防范方法，具体的控制措施有：
(1) 回采工艺安全防范方法：
① 工作面生产过程中，工作面采取双向割煤方式，采取端头或中部“∞”型斜切进刀方式；
②将工作面调成伪倾斜（调斜角度2～8°），确保前后溜与转载机搭接点符合作业规程规定；
③ 在顶板破碎、构造区域铺设双层菱形网、垫设板梁或施工锚索构顶，锚索长度不小于4.3m的超前锚索进行固定及强行托顶，进行托顶煤；优选为，单体锚索或工字钢锚索；
④ 工作面正常生产过程中，放煤工要控制好放煤量，放煤过程中严格执行见矸关门，严禁把顶板放空；顶板破碎、支架倾斜区域不进行放煤量，防止支架上方放空、导致支架失稳倒架；
(2) 支架防倒防滑方法：
① 严格控制采煤机高度，保证顶底板平整，使液压支架与顶底板接触严密，保证支架有足够初撑力，防止支架下滑；
② 工作面移架时，必须带压移架，移架时使用侧护板和抬底油缸，及时调整支架状态，保证支架平稳可靠，前立柱初撑力不低于24MPa；
③ 拉移支架时采取带压擦顶移架，少降快拉，减少空顶时间，控制好顶板；移架后支架与顶板应接触严密，严禁支架上仰下倾，并每班不少于2次补液，保证初撑力达到规定要求；
④加强支架初撑力的管理，严格控制工作面相邻支架的错茬，严禁错茬超支架顶梁侧护板宽度的2/3；
⑤拉架时以下方支架为导轨前移，支架间距超过规定时，先调底座间距，然后再调倾斜度，调整以后再拉支架，防止个别支架下倾造成中部倒架；调架时可采取两人分别操作相邻两架，一人负责拉架，一人操作下方支架侧护板；两人操作时，其他人员撤到前后三架支架以外；
过渡支架防倒滑：工作面下端头采用ZFT25000/23/45型端头支架，1#、2#端头支架安装有防倒油缸，能保证端头架的稳定性；工作面机头过渡支架(排头架)顶梁紧靠端头支架顶梁，能有效控制过渡支架防倒，过渡架拉架时，以端头架侧护板为导轨前移，达到调整支架作用；当支架出现失稳现象时，利用支架的侧护、调架千斤顶、单体柱及时靠正支架；
排头支架防倒滑：下排头支架组由5架组成，下三架的顶梁与上三架的底座用千斤顶和圆环链拉紧，用来防倒；下三架底座前段用两个带十字连接头的千斤顶互相拉住，用来挑架；下三架还装有由千斤顶和圆环链组成的防滑装置；四、五架在工作面倾角﹥45°或工作面下端顶板大面积破碎时使用，借以拉住下三架；在移架过程中，防倒千斤顶油路中的液控单向阀关闭，中流量安全阀溢流，以确保下架不倾倒；上排头支架组由三架组成，由于受输送机传动装置限制，该三架支架的底座滞后正常支架一个移架步距，它们的顶梁、推移杆和侧护板都相应加长；为了保证对顶板的正常支护，在加长顶梁下面增加一个辅助千斤顶和调节其下端职称位置的调节千斤顶；上排头支架组成仅有防倒装置，而无调架和防滑装置；当由下向上移架时，应先移1架，后移其下方的支架；
中间支架防倒滑：支架间距超过规定时，先用底座靠架油缸调底座间距，然后用支架侧护板靠架调倾斜度，保持支架平稳，杜绝前倾后仰，防止支架下倾造成中部倒架；当支架倾斜严重时，利用支架侧护、单体液压支柱及时调整，保证支架平直、稳定。
(3) 支架倒架、咬架采用单体柱调整方法
处理倒架时，先将所处理支架上方5架支架升紧，确保初撑力达标；将所处理支架降下200mm，使用2根单体柱进行靠架，将第一根单体柱柱头顶在所靠支架顶梁上，柱根顶在下方相邻支架底座上，第二根单体柱柱头顶在所靠支架尾梁上，柱根顶在下方后溜槽座上，实行远程注液操作将支架底座调平，然后升紧支架，调架时自上而下逐架进行调整；
单体柱支设好后，进行拉移支架，在拉架过程中，还需要配合侧护板进行；同时单体柱进行远程供液，把顶梁调平，利用支架抬底油缸、侧护板，提起倒架一侧底座，在底座下方垫入板梁、道木等，最后升紧支架，调整支架时，要求自上而下逐架进行调整；
为了防止支架在拉移后继续有倒架趋势，采用单体柱戗柱支架，支设位置同靠架支设位置相同；
机组割煤时，采用追机拉架或带压移架方法；当工作面片帮深度大时，超前拉架后再进行割煤；
机组到达支架倒架区域时，机组割一架煤后，将机组退后10m以外，将工作面所有运转设备进行闭锁，在进行靠架作业，靠架工艺同上；
(4) 采煤机及电缆防滑方法
①采煤机设有变频器和液压闸，当采煤机下行割煤时，采煤机的下滑力大于采煤机所受阻力的情况下，通过变频器改变牵引电机的电源电压和频率实现对牵引电机的调速，有效控制采煤机下行速度；当采煤机停机时，液压闸动作，阻止机组下滑；
② 采煤机电缆防滑：采用防滑装置安装在机尾托缆槽上，割煤过程中通过操作防滑装置的手把，慢慢的下放托缆，防止托缆下滑，停止割煤时则将防滑装置刹车手把用双股8#铁丝与托缆架固定牢固，托缆防滑装置操作人员派专人操作；
③ 工作面动力电缆防滑：工作面除采煤机电缆外其余电缆全部安装在前溜电缆槽，为防止电缆下滑，每隔10m使用吊装带将电缆捆绑与溜槽固定；
(5) 刮板输送机防滑方法
① 设置防滑千斤顶，工作面每隔10～15架设置一个防滑千斤顶，其一端与刮板机中部槽连接，另一端与液压支架底座相连，推移刮板输送机时将防滑千斤顶拉紧。
② 因后部刮板输送机采用圆环链软连接，在设备出现下滑影响出煤时，通过调整链环长度调整支架下滑，在回采过程中必须严格执行从下往上移溜顺序，在输送机下滑严重影响出煤时可采取缩溜槽的方式进行处理。
优选地，用于煤层平均倾角为20°-30°的地下矿山煤矿开采。
本发明已经应用于霍州煤电集团庞庞塔煤矿9#煤层，取得很好的效果。
霍州煤电集团庞庞塔煤矿9#煤层赋存于太原组中下部，上距5#煤层40.90～56.15m，平均50.63m。煤层厚度为10.8～12.4m，平均11.8m，倾角4～34°，普氏系数f为1，属于大倾角松软特厚煤层，煤层结构复杂，一般含夹矸1～4层，夹矸厚度0.10～0.38m，夹矸多为炭质泥岩。9#煤层直接顶为泥质灰岩，不规则裂隙及斜交裂隙发育，大部分充填方解石，含贝壳等动物化石，夹泥灰岩薄层，平均厚度6.7m；伪顶为炭质泥岩，灰色，半坚硬，中部夹有少量黑色、半亮型煤，平均厚度0.5m；煤层直接底为泥岩，灰色，块状，平均厚度1.9m；老底为浅灰色细粒砂岩，中厚层状，坚硬及半坚硬，脉状层理，斜交裂隙发育，未充填，平均厚度2.0m。9#煤层采用综采放顶煤一次采全厚走向长壁采煤法开采，机采高度3.2m，放顶煤厚度8.6m，单向割煤，一采一放，采用单轮顺序放煤方式，割煤步距0.8m，放煤步距0.8m。
庞庞塔矿开采实践表明，大倾角松软厚煤层开采过程中存在倾角大的区域下部支架放煤而上部5～8架顶煤流空的严重安全隐患、循环产量和放煤效率低、超前支护方式和范围不合理、设备下滑与倾倒、工作面刮板输送机飞矸等问题。庞庞塔煤矿在大倾角松软厚煤层综合机械化放顶煤开采技术方面积累了丰富的技术和管理经验，本发明解决了庞庞塔矿开采过程存在诸多技术问题，主要有以下几个方面：一是解决了倾角大的区域放煤过程中出现下部支架放煤而上部5～8#架顶煤流空，存在严重安全隐患，而采用下部支架少量放煤控制上部支架顶煤流空现象，造成煤炭资源严重浪费的技术问题，充分保障了作业人员的安全问题；二是提高了综放工作面放煤效率和煤炭回收率及降低贫化率；三是综放工作面循环产量的提升；四是提供了一种综放工作面合理的超前支护方式；五是本发明设计合理、技术简单且施工方便，所采用的工作面煤壁的稳定性控制方法、综放开采安全防范方法，可以提高工作面煤壁的稳定性，有效的保证煤层开采过程中工作人员的安全问题，降低安全事故的发生概率，实现工作面安全高效生产。本发明对于提高大倾角松软厚煤层综放开采的煤炭回采率，降低贫化率，确保矿井安全、高效生产具有重要现实意义和巨大的实用价值。庞庞塔矿采用本发明技术以来，生产安全事故降低了80%。
除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。
Claims (5)
1.一种大倾角工作面综放开采稳定性的控制方法,包括大倾角综放工作面的布置、工作面支架稳定性控制方法、工作面煤壁的稳定性控制方法、综放开采安全防范方法，其特征在于：
所述大倾角综放工作面的布置包括工作面设备的布置和工作面伪斜布置；所述工作面设备的布置包括下端头有一定的弯曲，逐步递减倾角，下端头形成一个倾角小甚至水平布置的稳定支撑，推移工作面支架时先下后上，一架靠一架；所述工作面伪斜布置为沿工作面推进方向风巷末端超前机巷末端的伪俯斜布置方式；
所述工作面支架稳定性控制方法包括支架防倒、支架防滑、输送机防滑和提高支架稳定性；
所述支架防倒：在开采时采用伪斜方式布置工作面，以减小工作面倾角，同时支架需加防倒防滑装置，具体的控制措施有：
（1）确保支架顶梁间没有间隙，没有倾倒的空间，支架侧护板设置千斤顶装置和侧推弹簧，保证支架顶梁间相互靠紧，始终有足够的扶正力，防止倒架现象的出现；
（2）邻架顶梁间增设调架千斤顶，支架出现倾倒时可以以支撑顶板的相邻支架作为支点，采用千斤顶调整该支架位置；
所述支架防滑：支架防滑是在底座前部或/和后部设防滑装置，前部在过桥处相邻两架间设防滑千斤顶，相互拉紧防止移架时下滑，后部排头第1架用千斤顶加锚链的连接装置与上部支架相互连接、牵拉防滑，连接位置是底座、或采高较大的支架连接在连杆上；其余支架通过调底座千斤顶和顶掩梁侧护板的支撑来防止下滑；支架移架时，牵拉装置暂时放松，到位后，先拉紧，调整支架后再升柱支撑顶板；
所述输送机防滑：是在支架底座和输送机之间设置防滑千斤顶，在推拉溜时可以牵制输送机的下滑；对于前部输送机，在液压支架设计时控制推移装置和底座的间隙，使推移装置能够起到好的导向作用，既能在推溜时控制输送机的下滑，又能在移架时控制支架的下滑；对于放顶煤支架的后部输送机，在支架后部连接一个底托架，后部输送机卡在底托架上对于支架前后滑动，限制左右摆动；
当工作面倾角大于15°时，就需对支架采取防滑措施，具体的控制措施有：
（1）将大倾角工作面伪俯倾斜布置，减小工作面开采时的倾角；
（2）设置推移杆全程导向，推移杆与底座间隙控制在单侧15～20mm范围内，推移杆在任意位置时，推移杆和底座间间隙保持不变，从而达到控制运输机下滑的目的；
（3）确保运输机不下滑，通过控制运输机推移顺序来调整运输机位置，先推机头，可使运输机上窜，先推机尾，则可使运输机下滑；相邻支架底座之间设置防滑千斤顶，以较大初撑力支架为支点，调整相邻支架的位置；在运输机和支架间设置防运输机下滑装置，可每隔五架设一组，同时推移运输机时，可通过控制防滑千斤顶动作，实现牵引运输机上移。
2.根据权利要求1所述的一种大倾角工作面综放开采稳定性的控制方法,其特征在于：所述提高支架稳定性，具体的控制措施有：
（1）选用中心距1.75m或以上型号的支架，应在保证拉后溜千斤顶空间情况下加宽底座；
（2）增加初撑力和工作阻力，降低底板比压：加大支架初撑力，工作时充分利用工作阻力，可提高支架稳定性；加大支架阻力时，以不破坏煤层底板为前提，同时需确保支架与顶底板接触状况良好；另外，还需依靠加大底座面积，调整合力作用点位置来降低底板比压；
（3）控制采高，加快采面推进速度：控制采高也即控制开采时支架的高度；在不降低工作面回采率前提下，控制采高；
（4）安装导向杆、导向腿、导向轨机械导向装置，支架的底座安装导向杆，用于导向，在移架时控制方向，同时，架间调整利用调架千斤顶，设置在相邻支架,在移架过程中对支架行进调整，导向腿装与输送机或推移梁相连,安置在相邻支架的底座,可保持支架间距和控制其移动时方向，并兼具相当的防滑特性，被用来控制整体移动的支架，导向轨和装在支架上的调架千斤顶一起，起到导向防滑和调架的作用，安装在底座间；
（5）安装活动侧护板：安装带有活动侧护板的掩护型支架顶梁和掩护梁上的活动侧护板；当倾角大于15°时,需要加大活动侧护板的液压推力,并采取两侧可活动的结构；
（6）防止支架下滑：采用伪俯斜工作面布置；
（7）安装防倒防滑千斤顶: 在液压支架上安装防倒或防滑千斤顶并进行架间调整；可活动侧护板均安装在掩护支架上。
3.根据权利要求1所述的一种大倾角工作面综放开采稳定性的控制方法,其特征在于：
所述工作面煤壁的稳定性控制方法，具体的控制措施有：
（1）合理提高初撑力和工作阻力，在设计支架时，选用较大缸径立柱和大流量阀；
（2）带压及时支护， 滞后采煤机组1～2架时，马上带压移架支护顶煤。
4.根据权利要求1所述的一种大倾角工作面综放开采稳定性的控制方法,其特征在于：所述综放开采安全防范方法，具体的控制措施有：
(1) 回采工艺安全防范方法：
① 工作面生产过程中，工作面采取双向割煤方式，采取端头或中部“∞”型斜切进刀方式；
②将工作面调成伪倾斜（调斜角度2～8°），确保前后溜与转载机搭接点符合作业规程规定；
③ 在顶板破碎、构造区域铺设双层菱形网、垫设板梁或施工锚索构顶，锚索长度不小于4.3m的超前锚索进行固定及强行托顶，进行托顶煤；优选为，单体锚索或工字钢锚索；
④ 工作面正常生产过程中，放煤工要控制好放煤量，放煤过程中严格执行见矸关门，严禁把顶板放空；顶板破碎、支架倾斜区域不进行放煤量，防止支架上方放空、导致支架失稳倒架；
(2) 支架防倒防滑方法：
① 严格控制采煤机高度，保证顶底板平整，使液压支架与顶底板接触严密，保证支架有足够初撑力，防止支架下滑；
② 工作面移架时，必须带压移架，移架时使用侧护板和抬底油缸，及时调整支架状态，保证支架平稳可靠，前立柱初撑力不低于24MPa；
③ 拉移支架时采取带压擦顶移架，少降快拉，减少空顶时间，控制好顶板；移架后支架与顶板应接触严密，严禁支架上仰下倾，并每班不少于2次补液，保证初撑力达到规定要求；
④加强支架初撑力的管理，严格控制工作面相邻支架的错茬，严禁错茬超支架顶梁侧护板宽度的2/3；
⑤拉架时以下方支架为导轨前移，支架间距超过规定时，先调底座间距，然后再调倾斜度，调整以后再拉支架，防止个别支架下倾造成中部倒架；调架时可采取两人分别操作相邻两架，一人负责拉架，一人操作下方支架侧护板；两人操作时，其他人员撤到前后三架支架以外；
过渡支架防倒滑：工作面下端头采用ZFT25000/23/45型端头支架，1#、2#端头支架安装有防倒油缸，能保证端头架的稳定性；工作面机头过渡支架(排头架)顶梁紧靠端头支架顶梁，能有效控制过渡支架防倒，过渡架拉架时，以端头架侧护板为导轨前移，达到调整支架作用；当支架出现失稳现象时，利用支架的侧护、调架千斤顶、单体柱及时靠正支架；
排头支架防倒滑：下排头支架组由5架组成，下三架的顶梁与上三架的底座用千斤顶和圆环链拉紧，用来防倒；下三架底座前段用两个带十字连接头的千斤顶互相拉住，用来挑架；下三架还装有由千斤顶和圆环链组成的防滑装置；四、五架在工作面倾角﹥45°或工作面下端顶板大面积破碎时使用，借以拉住下三架；在移架过程中，防倒千斤顶油路中的液控单向阀关闭，中流量安全阀溢流，以确保下架不倾倒；上排头支架组由三架组成，由于受输送机传动装置限制，该三架支架的底座滞后正常支架一个移架步距，它们的顶梁、推移杆和侧护板都相应加长；为了保证对顶板的正常支护，在加长顶梁下面增加一个辅助千斤顶和调节其下端职称位置的调节千斤顶；上排头支架组成仅有防倒装置，而无调架和防滑装置；当由下向上移架时，应先移1架，后移其下方的支架；
中间支架防倒滑：支架间距超过规定时，先用底座靠架油缸调底座间距，然后用支架侧护板靠架调倾斜度，保持支架平稳，杜绝前倾后仰，防止支架下倾造成中部倒架；当支架倾斜严重时，利用支架侧护、单体液压支柱及时调整，保证支架平直、稳定；
(3) 支架倒架、咬架采用单体柱调整方法：
①处理倒架时，先将所处理支架上方5架支架升紧，确保初撑力达标；将所处理支架降下200mm，使用2根单体柱进行靠架，将第一根单体柱柱头顶在所靠支架顶梁上，柱根顶在下方相邻支架底座上，第二根单体柱柱头顶在所靠支架尾梁上，柱根顶在下方后溜槽座上，实行远程注液操作将支架底座调平，然后升紧支架，调架时自上而下逐架进行调整；
②单体柱支设好后，进行拉移支架，在拉架过程中，还需要配合侧护板进行；同时单体柱进行远程供液，把顶梁调平，利用支架抬底油缸、侧护板，提起倒架一侧底座，在底座下方垫入板梁、道木等，最后升紧支架，调整支架时，要求自上而下逐架进行调整；
③为了防止支架在拉移后继续有倒架趋势，采用单体柱戗柱支架，支设位置同靠架支设位置相同；
④机组割煤时，采用追机拉架或带压移架方法；当工作面片帮深度大时，超前拉架后再进行割煤；
⑤机组到达支架倒架区域时，机组割一架煤后，将机组退后10m以外，将工作面所有运转设备进行闭锁，在进行靠架作业，靠架工艺同上；
(4) 采煤机及电缆防滑方法：
①采煤机设有变频器和液压闸，当采煤机下行割煤时，采煤机的下滑力大于采煤机所受阻力的情况下，通过变频器改变牵引电机的电源电压和频率实现对牵引电机的调速，有效控制采煤机下行速度；当采煤机停机时，液压闸动作，阻止机组下滑；
② 采煤机电缆防滑：采用防滑装置安装在机尾托缆槽上，割煤过程中通过操作防滑装置的手把，慢慢的下放托缆，防止托缆下滑，停止割煤时则将防滑装置刹车手把用双股8#铁丝与托缆架固定牢固，托缆防滑装置操作人员派专人操作；
③ 工作面动力电缆防滑：工作面除采煤机电缆外其余电缆全部安装在前溜电缆槽，为防止电缆下滑，每隔10m使用吊装带将电缆捆绑与溜槽固定；
(5) 刮板输送机防滑方法
① 设置防滑千斤顶，工作面每隔10～15架设置一个防滑千斤顶，其一端与刮板机中部槽连接，另一端与液压支架底座相连，推移刮板输送机时将防滑千斤顶拉紧;
② 因后部刮板输送机采用圆环链软连接，在设备出现下滑影响出煤时，通过调整链环长度调整支架下滑，在回采过程中必须严格执行从下往上移溜顺序，在输送机下滑严重影响出煤时可采取缩溜槽的方式进行处理。
5.根据权利要求1所述的一种大倾角工作面综放开采稳定性的控制方法,其特征在于：用于煤层平均倾角为20°-30°的地下矿山煤矿开采。
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