长平矿智能化放顶煤工作面浅析

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［摘要］5308工作面是长平公司第2个智能化重型放顶煤工作面，由于地质条件复杂，在初采过程中遭遇一系列难题。对此，通过改造设备、优化工艺工序、强化工程质量管控等手段有效保证了5308工作面的安全高效初采，为类似地质条件下智能化工作面的初采提供了借鉴。

［关键词］智能化；放顶煤；初采

1工作面巷道布置及地质构造情况

1.1工作面巷道布置情况

5308工作面是长平公司第2个智能化重型放顶煤工作面，位于长平井田五盘区北翼。所采煤层为3号煤，平均煤厚5.69m，设计采高3.2m，采放比1∶0.8。工作面走向长度979.32m，倾斜长度294.2m，共使用170个支架。工作面机头超前支护方式为单体柱配合锚索补强支护，机尾采用自移式液压支架进行支护。工作面采用三巷布置：53083巷为设备列车巷主进风，配风量2800m3，断面5.6m×4.2m；53081为主运巷辅助进风，配风量360m3，断面5.6m×4.2m；53082巷为回风巷。5308工作面智能化装备是结合长平井下现有的综放采煤工艺，配备具有感知能力、记忆能力、学习能力和决策能力的综采装备所组成［1］。具体配置为北京天玛SAM自动化控制系统1套、SAC电液控自动化控制系统1套、上海天地MG500/1170-AWD1型采煤机。5308工作面智能化装备可以实现地面分控中心和井下集控中心之间通信、工作面自动找直功能（LASC）、采煤机智能化记忆截割功能、液压支架自动跟机移架、地面分控中心和井下集控中心对工作面设备的“一键启停”、快速准确的人员识别以及安全保护等6个功能［2-3］。

1.2工作面地质构造情况

5308工作面开切眼113#~135#支架段揭露SX117陷落柱，影响区段的割矸厚度从1m至全矸。陷落柱长轴99m、短轴45m，前方预计影响61m贯穿整个初采阶段；工作面内最大影响距离79m（45个支架），影响架段为90#~146#支架。

2初采期间存在的问题及措施

2.1设备配套问题

由于重型放顶煤工作面开采技术尚不成熟，在设备配套方面存在一定问题。（1）前后溜负荷大。针对前后溜刮板与中板间隙小摩擦力大导致负荷大的情况，主要采取以下措施：①更换功率更大的电机。将前后溜单机功率由1000kW提升到1200kW，前后溜驱动动力提升20%；②将后溜刮板间距由五环调整为七环，降低负荷；③将超长的刮板螺丝更换为配套螺丝，减少螺丝与溜槽之间的摩擦力。（2）推移油缸油嘴损坏。由于推移油缸安装间隙较大，造成供液瞬间活动幅度过大极易损坏推移油缸油嘴，严重影响工作面的顶溜拉架。对此，将推移油缸的油嘴朝向由机头改为机尾，避免油缸油嘴的进一步损坏，降低了对生产的影响。（3）电液控制器相应速度慢。前梁是移架作业中最常用的操作，但电液控操作界面中前梁选项位于子菜单的第6项，极难寻找；且电液控制器响应速度慢，操作过程中寻找前梁选项耗时较长，严重影响了对顶板的控制和移架速度。对此，将前梁操作调整在主界面菜单便于调用。（4）机头机尾后溜拉不到位。受后溜机头机尾底梁超长影响，机头机尾架段后溜无法拉到位。对此，将后溜机头机尾底梁进行改造，缩小底梁面积，增加底梁与支架的空间。

2.2工艺工序问题

针对机头存在的过渡槽口增大、机头新型端头架拉不到位等问题，总结出适合5308工作面的机头工序管理及作业标准。（1）移机头工序管理。割透机头退机组→查看机头大架与转载机槽沿的高度（不低于300mm）→顶溜→拉1#架侧超前支架（1#）→拉煤柱侧超前支架（2#）→拉转载机（同步拉工作面支架）。（2）为确保安全达标地移机头，有2名跟班干部时，必须有1名负责移机头及相关作业。每班必须有1名班组长专门负责移机头工作。具体移机头期间的注意事项为：①1#~8#架滚筒落到底与巷道底板随平，确保槽口不超80mm。②拉架前必须将受影响的锚索退掉，避免拉架损坏锚索造成无法退锚。③拉1#~3#架时必须专人查看尾梁，避免压坏后溜电机减速器。④后溜机头与支架间的浮煤必须在拉后溜前清至底板。⑤拉架后必须查看1#~3#架蛤蟆嘴定位销，确保销完好且固定牢靠，端头工重点交接。⑥拉转载机时使用破碎机下面专用油缸拉，严禁使用超前支架的油缸顶转载机。

2.3地质构造影响

陷落柱对生产的影响主要体现在以下几方面：陷落柱范围较大，平均在工作面影响50个支架的范围；陷落柱范围矸硬，机组截割困难，尤其体现在前期使用常规截齿阶段；受陷落柱影响陷落柱机尾侧边缘至工作面机尾区段煤层及底板上抬，但地质部门未提前提供相关资料，导致陷落柱边缘至机尾范围内割底矸，最大割矸范围达45个支架；陷落柱区域因缺少地质资料导致该区域底板较前后底板呈低洼状态，虽然为减少割底矸上抬了底板，但此时支架整体呈下山趋势，造成割顶困难，影响生产进度。（1）矸硬影响。由于陷落柱区段矸硬难割，为保护设备，一方面利用早班时间集中在矸硬架段放炮；另一方面充分利用停机时间加强截齿和齿套更换，避免损坏滚筒。（2）割顶影响。针对构造段割顶困难的情况，一方面采取趟趟拉架垫板梁的方式，调整支架底座下倾的情况，增加架前空间；另一方面，割顶时牢牢把握“宁可不达产不能不达标”的基本原则，不割顶不生产，确保构造段的采高，为底板的上抬创造条件。（3）专人拉架影响。在拉架过程中，极易因支架状态差造成掉大矸。对此，执行双跟班制度，1名跟班干部负责跟机组割顶；1名跟班干部专职盯守拉架，对顶板破碎段的支架采取打柱拉架的方式，减少大矸的影响。（4）破大矸影响。由于大矸极易造成溜子负荷大卡堵损坏设备，现场采取撑矸器破矸、大矸吊至煤帮由机组破矸等方式快速处理大矸，减少影响时间。

2.4生产问题

（1）顶溜困难。工作面综合下山坡度为6°，符合安全生产的要求。但是在初采过程中溜子下山坡度变化较大，造成顶溜困难。如某月连续5d时间里，溜子最大下倾度数达31°，平均下倾度数为21°，远超13°的警戒线，直接导致5d时间里频繁吊溜。初采过程中表现最突出的问题为顶溜困难。经分析主要有以下几方面原因：①机组扫煤不利，导致煤帮浮煤较多，顶溜阻力大；②溜子下倾过程中实际下倾度数超过警戒值13°，既恶化了机组扫煤情况，更进一步加大了顶溜难度；③溜子下倾过程中下倾幅度不平稳，相对变化较大，造成现场顶溜过程中溜槽靠采空区侧翘起，一方面加大顶溜的难度，另一方面进一步恶化了溜子下倾情况。而溜子下倾不平缓的主要原因为回采初期工作面采高普遍达到3.6m，局部架段甚至达到3.8m，出现支架不接顶的现象。为确保支架接顶，回采初期首先留顶煤降采高，待采高降至3.4m左右时开始下卧。在降采高过程中，由于顶煤松散破碎无法平缓下山过渡，故初次留顶煤厚度普遍在1.0m左右，致使支架顶梁处于点头状态影响机组行走。为确保机组正常割煤，采取了大幅度下卧的措施，导致溜子下倾角度和幅度超过安全值。（2）吊溜问题。吊溜初期效果不明显，经过不断改进，吊溜效率大幅度提高。工作面吊溜时使用护帮千斤配合大链进行，主要存在以下问题：①护帮千斤拉力只有207kN，不足以将溜子吊起，要么吊不起，要么频繁断起吊环；②电液控对油缸的控制精度较低，即便点动依旧造成油缸大幅度的动作，导致吊溜时多人难以步调一致频繁断起吊环；③操作人员对电液控技术尚未完全熟练掌握，对其操作特点尚不熟悉，导致吊溜时配合上频繁出问题。针对吊溜过程中存在的诸多问题，总结出一套高效的吊溜方法，具体为：①吊溜前将溜子全部拉回；②吊溜时连续7架同时起吊，不得间隔吊溜，也不得每次只起吊2~3个点；③吊溜大链连接好后，所有千斤全部点动拉紧，而后方可按照一致口令全部吊起；④顶溜时需吊架和顶溜间隔操作，即先吊架将框架压低，而后在松开吊架的同时点动顶溜，即吊架→点动顶溜→吊架→点动顶溜循环进行，可有效压低框架避免将溜槽煤初采前，应将吊溜所需的大链、起吊环等提前准备到工作面，且准备足够的备用件，避免损坏无法及时补充。（3）压框架问题。在溜子坡度变化出现拐点时，开始出现压框架的问题。此时，溜子相对于支架开始上抬，溜子相较于支架处于高位，不可避免地出现压框架问题，随之而来的是顶溜困难。对此，采取支架底座垫板梁、拉架时吊架的方式，以避免出现压框架现象，确保溜子在工作面底板坡度出现拐点时能够正常顶溜拉架。

3结论

（1）5308工作面初采的生产实践表明，工作面溜子下倾角度的控制至关重要。一方面控制溜子下倾绝对角度不超过13°，确保溜子能顺利顶出，不损坏机组；另一方面溜子角度的相对变化幅度不应过大，同样不得超过13°，此为生产过程中极易忽略的问题。（2）溜子下倾过程中的采高管理同样重要。溜子下倾前，必须将采高调整至合理区间，避免因底板下卧采高增大造成支架不接顶。（3）吊溜时需控制吊溜幅度，吊溜幅度过大将出现压框架，带来新的生产问题。（4）初采前，大链、起吊环等吊溜工具以及小板梁等垫架材料必须准备到现场。

作者:李笑笑 张博 李晋 赵垚庭 郑伟 单位:山西长平煤业有限责任公司