長(zhǎng)平礦智能化放頂煤工作面淺析

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［摘要］5308工作面是長(zhǎng)平公司第2個(gè)智能化重型放頂煤工作面，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，在初采過程中遭遇一系列難題。對(duì)此，通過改造設(shè)備、優(yōu)化工藝工序、強(qiáng)化工程質(zhì)量管控等手段有效保證了5308工作面的安全高效初采，為類似地質(zhì)條件下智能化工作面的初采提供了借鑒。

［關(guān)鍵詞］智能化；放頂煤；初采

1工作面巷道布置及地質(zhì)構(gòu)造情況

1.1工作面巷道布置情況

5308工作面是長(zhǎng)平公司第2個(gè)智能化重型放頂煤工作面，位于長(zhǎng)平井田五盤區(qū)北翼。所采煤層為3號(hào)煤，平均煤厚5.69m，設(shè)計(jì)采高3.2m，采放比1∶0.8。工作面走向長(zhǎng)度979.32m，傾斜長(zhǎng)度294.2m，共使用170個(gè)支架。工作面機(jī)頭超前支護(hù)方式為單體柱配合錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，機(jī)尾采用自移式液壓支架進(jìn)行支護(hù)。工作面采用三巷布置：53083巷為設(shè)備列車巷主進(jìn)風(fēng)，配風(fēng)量2800m3，斷面5.6m×4.2m；53081為主運(yùn)巷輔助進(jìn)風(fēng)，配風(fēng)量360m3，斷面5.6m×4.2m；53082巷為回風(fēng)巷。5308工作面智能化裝備是結(jié)合長(zhǎng)平井下現(xiàn)有的綜放采煤工藝，配備具有感知能力、記憶能力、學(xué)習(xí)能力和決策能力的綜采裝備所組成［1］。具體配置為北京天瑪SAM自動(dòng)化控制系統(tǒng)1套、SAC電液控自動(dòng)化控制系統(tǒng)1套、上海天地MG500/1170-AWD1型采煤機(jī)。5308工作面智能化裝備可以實(shí)現(xiàn)地面分控中心和井下集控中心之間通信、工作面自動(dòng)找直功能（LASC）、采煤機(jī)智能化記憶截割功能、液壓支架自動(dòng)跟機(jī)移架、地面分控中心和井下集控中心對(duì)工作面設(shè)備的“一鍵啟停”、快速準(zhǔn)確的人員識(shí)別以及安全保護(hù)等6個(gè)功能［2-3］。

1.2工作面地質(zhì)構(gòu)造情況

5308工作面開切眼113#~135#支架段揭露SX117陷落柱，影響區(qū)段的割矸厚度從1m至全矸。陷落柱長(zhǎng)軸99m、短軸45m，前方預(yù)計(jì)影響61m貫穿整個(gè)初采階段；工作面內(nèi)最大影響距離79m（45個(gè)支架），影響架段為90#~146#支架。

2初采期間存在的問題及措施

2.1設(shè)備配套問題

由于重型放頂煤工作面開采技術(shù)尚不成熟，在設(shè)備配套方面存在一定問題。（1）前后溜負(fù)荷大。針對(duì)前后溜刮板與中板間隙小摩擦力大導(dǎo)致負(fù)荷大的情況，主要采取以下措施：①更換功率更大的電機(jī)。將前后溜單機(jī)功率由1000kW提升到1200kW，前后溜驅(qū)動(dòng)動(dòng)力提升20%；②將后溜刮板間距由五環(huán)調(diào)整為七環(huán)，降低負(fù)荷；③將超長(zhǎng)的刮板螺絲更換為配套螺絲，減少螺絲與溜槽之間的摩擦力。（2）推移油缸油嘴損壞。由于推移油缸安裝間隙較大，造成供液瞬間活動(dòng)幅度過大極易損壞推移油缸油嘴，嚴(yán)重影響工作面的頂溜拉架。對(duì)此，將推移油缸的油嘴朝向由機(jī)頭改為機(jī)尾，避免油缸油嘴的進(jìn)一步損壞，降低了對(duì)生產(chǎn)的影響。（3）電液控制器相應(yīng)速度慢。前梁是移架作業(yè)中最常用的操作，但電液控操作界面中前梁選項(xiàng)位于子菜單的第6項(xiàng)，極難尋找；且電液控制器響應(yīng)速度慢，操作過程中尋找前梁選項(xiàng)耗時(shí)較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了對(duì)頂板的控制和移架速度。對(duì)此，將前梁操作調(diào)整在主界面菜單便于調(diào)用。（4）機(jī)頭機(jī)尾后溜拉不到位。受后溜機(jī)頭機(jī)尾底梁超長(zhǎng)影響，機(jī)頭機(jī)尾架段后溜無法拉到位。對(duì)此，將后溜機(jī)頭機(jī)尾底梁進(jìn)行改造，縮小底梁面積，增加底梁與支架的空間。

2.2工藝工序問題

針對(duì)機(jī)頭存在的過渡槽口增大、機(jī)頭新型端頭架拉不到位等問題，總結(jié)出適合5308工作面的機(jī)頭工序管理及作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。（1）移機(jī)頭工序管理。割透機(jī)頭退機(jī)組→查看機(jī)頭大架與轉(zhuǎn)載機(jī)槽沿的高度（不低于300mm）→頂溜→拉1#架側(cè)超前支架（1#）→拉煤柱側(cè)超前支架（2#）→拉轉(zhuǎn)載機(jī)（同步拉工作面支架）。（2）為確保安全達(dá)標(biāo)地移機(jī)頭，有2名跟班干部時(shí)，必須有1名負(fù)責(zé)移機(jī)頭及相關(guān)作業(yè)。每班必須有1名班組長(zhǎng)專門負(fù)責(zé)移機(jī)頭工作。具體移機(jī)頭期間的注意事項(xiàng)為：①1#~8#架滾筒落到底與巷道底板隨平，確保槽口不超80mm。②拉架前必須將受影響的錨索退掉，避免拉架損壞錨索造成無法退錨。③拉1#~3#架時(shí)必須專人查看尾梁，避免壓壞后溜電機(jī)減速器。④后溜機(jī)頭與支架間的浮煤必須在拉后溜前清至底板。⑤拉架后必須查看1#~3#架蛤蟆嘴定位銷，確保銷完好且固定牢靠，端頭工重點(diǎn)交接。⑥拉轉(zhuǎn)載機(jī)時(shí)使用破碎機(jī)下面專用油缸拉，嚴(yán)禁使用超前支架的油缸頂轉(zhuǎn)載機(jī)。

2.3地質(zhì)構(gòu)造影響

陷落柱對(duì)生產(chǎn)的影響主要體現(xiàn)在以下幾方面：陷落柱范圍較大，平均在工作面影響50個(gè)支架的范圍；陷落柱范圍矸硬，機(jī)組截割困難，尤其體現(xiàn)在前期使用常規(guī)截齒階段；受陷落柱影響陷落柱機(jī)尾側(cè)邊緣至工作面機(jī)尾區(qū)段煤層及底板上抬，但地質(zhì)部門未提前提供相關(guān)資料，導(dǎo)致陷落柱邊緣至機(jī)尾范圍內(nèi)割底矸，最大割矸范圍達(dá)45個(gè)支架；陷落柱區(qū)域因缺少地質(zhì)資料導(dǎo)致該區(qū)域底板較前后底板呈低洼狀態(tài)，雖然為減少割底矸上抬了底板，但此時(shí)支架整體呈下山趨勢(shì)，造成割頂困難，影響生產(chǎn)進(jìn)度。（1）矸硬影響。由于陷落柱區(qū)段矸硬難割，為保護(hù)設(shè)備，一方面利用早班時(shí)間集中在矸硬架段放炮；另一方面充分利用停機(jī)時(shí)間加強(qiáng)截齒和齒套更換，避免損壞滾筒。（2）割頂影響。針對(duì)構(gòu)造段割頂困難的情況，一方面采取趟趟拉架墊板梁的方式，調(diào)整支架底座下傾的情況，增加架前空間；另一方面，割頂時(shí)牢牢把握“寧可不達(dá)產(chǎn)不能不達(dá)標(biāo)”的基本原則，不割頂不生產(chǎn)，確保構(gòu)造段的采高，為底板的上抬創(chuàng)造條件。（3）專人拉架影響。在拉架過程中，極易因支架狀態(tài)差造成掉大矸。對(duì)此，執(zhí)行雙跟班制度，1名跟班干部負(fù)責(zé)跟機(jī)組割頂；1名跟班干部專職盯守拉架，對(duì)頂板破碎段的支架采取打柱拉架的方式，減少大矸的影響。（4）破大矸影響。由于大矸極易造成溜子負(fù)荷大卡堵?lián)p壞設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)采取撐矸器破矸、大矸吊至煤幫由機(jī)組破矸等方式快速處理大矸，減少影響時(shí)間。

2.4生產(chǎn)問題

（1）頂溜困難。工作面綜合下山坡度為6°，符合安全生產(chǎn)的要求。但是在初采過程中溜子下山坡度變化較大，造成頂溜困難。如某月連續(xù)5d時(shí)間里，溜子最大下傾度數(shù)達(dá)31°，平均下傾度數(shù)為21°，遠(yuǎn)超13°的警戒線，直接導(dǎo)致5d時(shí)間里頻繁吊溜。初采過程中表現(xiàn)最突出的問題為頂溜困難。經(jīng)分析主要有以下幾方面原因：①機(jī)組掃煤不利，導(dǎo)致煤幫浮煤較多，頂溜阻力大；②溜子下傾過程中實(shí)際下傾度數(shù)超過警戒值13°，既惡化了機(jī)組掃煤情況，更進(jìn)一步加大了頂溜難度；③溜子下傾過程中下傾幅度不平穩(wěn)，相對(duì)變化較大，造成現(xiàn)場(chǎng)頂溜過程中溜槽靠采空區(qū)側(cè)翹起，一方面加大頂溜的難度，另一方面進(jìn)一步惡化了溜子下傾情況。而溜子下傾不平緩的主要原因?yàn)榛夭沙跗诠ぷ髅娌筛咂毡檫_(dá)到3.6m，局部架段甚至達(dá)到3.8m，出現(xiàn)支架不接頂?shù)默F(xiàn)象。為確保支架接頂，回采初期首先留頂煤降采高，待采高降至3.4m左右時(shí)開始下臥。在降采高過程中，由于頂煤松散破碎無法平緩下山過渡，故初次留頂煤厚度普遍在1.0m左右，致使支架頂梁處于點(diǎn)頭狀態(tài)影響機(jī)組行走。為確保機(jī)組正常割煤，采取了大幅度下臥的措施，導(dǎo)致溜子下傾角度和幅度超過安全值。（2）吊溜問題。吊溜初期效果不明顯，經(jīng)過不斷改進(jìn)，吊溜效率大幅度提高。工作面吊溜時(shí)使用護(hù)幫千斤配合大鏈進(jìn)行，主要存在以下問題：①護(hù)幫千斤拉力只有207kN，不足以將溜子吊起，要么吊不起，要么頻繁斷起吊環(huán)；②電液控對(duì)油缸的控制精度較低，即便點(diǎn)動(dòng)依舊造成油缸大幅度的動(dòng)作，導(dǎo)致吊溜時(shí)多人難以步調(diào)一致頻繁斷起吊環(huán)；③操作人員對(duì)電液控技術(shù)尚未完全熟練掌握，對(duì)其操作特點(diǎn)尚不熟悉，導(dǎo)致吊溜時(shí)配合上頻繁出問題。針對(duì)吊溜過程中存在的諸多問題，總結(jié)出一套高效的吊溜方法，具體為：①吊溜前將溜子全部拉回；②吊溜時(shí)連續(xù)7架同時(shí)起吊，不得間隔吊溜，也不得每次只起吊2~3個(gè)點(diǎn)；③吊溜大鏈連接好后，所有千斤全部點(diǎn)動(dòng)拉緊，而后方可按照一致口令全部吊起；④頂溜時(shí)需吊架和頂溜間隔操作，即先吊架將框架壓低，而后在松開吊架的同時(shí)點(diǎn)動(dòng)頂溜，即吊架→點(diǎn)動(dòng)頂溜→吊架→點(diǎn)動(dòng)頂溜循環(huán)進(jìn)行，可有效壓低框架避免將溜槽煤初采前，應(yīng)將吊溜所需的大鏈、起吊環(huán)等提前準(zhǔn)備到工作面，且準(zhǔn)備足夠的備用件，避免損壞無法及時(shí)補(bǔ)充。（3）壓框架問題。在溜子坡度變化出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，開始出現(xiàn)壓框架的問題。此時(shí)，溜子相對(duì)于支架開始上抬，溜子相較于支架處于高位，不可避免地出現(xiàn)壓框架問題，隨之而來的是頂溜困難。對(duì)此，采取支架底座墊板梁、拉架時(shí)吊架的方式，以避免出現(xiàn)壓框架現(xiàn)象，確保溜子在工作面底板坡度出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)能夠正常頂溜拉架。

3結(jié)論

（1）5308工作面初采的生產(chǎn)實(shí)踐表明，工作面溜子下傾角度的控制至關(guān)重要。一方面控制溜子下傾絕對(duì)角度不超過13°，確保溜子能順利頂出，不損壞機(jī)組；另一方面溜子角度的相對(duì)變化幅度不應(yīng)過大，同樣不得超過13°，此為生產(chǎn)過程中極易忽略的問題。（2）溜子下傾過程中的采高管理同樣重要。溜子下傾前，必須將采高調(diào)整至合理區(qū)間，避免因底板下臥采高增大造成支架不接頂。（3）吊溜時(shí)需控制吊溜幅度，吊溜幅度過大將出現(xiàn)壓框架，帶來新的生產(chǎn)問題。（4）初采前，大鏈、起吊環(huán)等吊溜工具以及小板梁等墊架材料必須準(zhǔn)備到現(xiàn)場(chǎng)。

作者:李笑笑 張博 李晉 趙垚庭 鄭偉 單位:山西長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司