摘要：大倾角煤层是国际公认的难采煤层，大倾角硬顶软煤软底走向长壁一次采全高综采技术更是一个困扰煤炭企业安全生产的难题。因此，系统研究这类煤层开采技术，有针对性地解决其综采关键技术，不论是对煤炭企业矿井资源回收率和技术经济综合效益提高，促进区域经济可持续发展和社会稳定，还是拓展我国乃至世界大倾角煤层机械化开采理论研究与技术应用领域都具有重要理论价值和实际意义。
关键词：大倾角 硬顶 软煤软底
1、概述：
新疆焦煤集团（艾维尔沟煤矿）是新疆最大的焦煤生产矿井，也是我国主要焦煤生产基地之一，一直担负着为新疆最大的企业———“八一”钢厂提供原料和能源供应的重任，在新疆经济发展和和谐社会建立中有着不可替代的重要作用。坚硬顶板软煤软底大倾角煤层的机械化开采是焦煤集团进行矿井技术改造、提升产量、效益、市场竞争力的关键和核心技术，更是焦煤集团2130平硐实现矿井安全生产的必由之路。焦煤集团虽然从上世纪90年代初就开始了综合机械化开采的试验工作，并获得了成功，但大倾角硬顶软底软煤走向长壁综采开采技术仍具有极大的难度，本着先易后难的原则试采（首采）工作面选择为井田浅部的25221综采工作面。
2.工作面回采工艺及三机配套
2.1工作面概况
试验工作面25221综采工作面主采5#煤层，位于新疆焦煤（集团）有限责任公司2130煤矿二采区的2047m～2120m水平。该工作面北部为原25221回风巷保护煤柱，东部以+2047m水平石门及+2110m水平石门为界，工作面上部为4#回采面及原1#煤层采空区，工作面以西及下部相邻煤层均未采动。工作面煤层平均厚度5.77m，倾角36°～46°，平均41°，煤容重1.35t/m3，煤层赋存稳定。工作面走向长度1812m，倾斜长度105m，平回采面积为190260m2，可采储量 145.6 万 t。煤层底部含 1～2 层夹矸，夹矸厚度0.30～1.10m，以灰色炭质泥岩为主。煤呈黑色，块状构造，以半亮型、半暗型煤为主，暗煤、亮煤次之。
该工作面回采面临四大技术难题：
2.1.1顶板坚硬：单向抗拉强度为79.9—100Mpa
2.1.2底板松软：单向抗压强度为9.14—12.76 Mpa
2.1.3煤层松软：硬度系数仅为0.3—0.5
2.1.4大倾角：煤层倾角36°—46°平均41°
2.2工作面回采工艺
该工作面回采采用长壁式一次采全高综合机械化采煤工艺。
2.2.1端头支护及工作面支护
为确保工作面整体支护系统的稳定，在工作面下端头一共使用3架ZZG6500/22/48型过渡支架过渡支架，工作阻力：6500kN；工作高度：2200～480000mm）。同时根据开采实际条件，工作面端头支护采用铰接梁配合单体柱支护，铰接梁长1.2米，柱距1.2米，排距0.9米，每棵单体柱实现单柱单防倒即使用
Ф6mm的钢丝绳环绕单体柱一圈后，使用保险扣连接在铰接梁上的连接环内且相邻两柱之间栓好防倒绳，防止柱倒伤人。随工作面推进，支架顶梁距端头支护大于或等于1.0m时，增加一排单体柱，小于1.0m时减少一排单体柱。端头支护的每一排支柱与工作面伪斜角度相一致，即与工作面支架成一条直线。靠采空区侧的一排支柱打戗柱加强支护。遇顶板破碎，梁上铺设金属网支护。如支柱出现钻底≥100mm，则必须穿由200×200×10mm钢板焊接而成的柱鞋，如遇顶板破碎，梁上铺设金属网支护）。除此之外，过渡支架之间及过渡支架与下端头3～5架支架连成整体组成排头架端头支护技术，既保证了工作面整体支护系统的稳定性，又很好地解决了软煤软底端头支护困难的问题。工作面采用液压支架支护。
2.2.2优化回采工艺参数
为提高工作面“顶板—支架—底板”系统稳定性针对大倾角煤层综采工作面倾斜上部区域“顶板—支架—底板”系统存在因构成因素缺失而引起的失稳可能性，25221工作面在回采工序与工艺设计与实施过程中，通过带压移架、抬支架底座等技术手段，有效地防止了支架底板下陷、破坏滑移、煤壁片帮与架前漏冒等现象，同时工作面采用“顶板-降坡段-底板”布置方式和开采工作面伪（仰）斜布置方式，保证了工作面“顶板—支架—底板”系统的稳定。在利用锚索与棚子联合支护方式保证工作面上下顺槽平巷能够满足基本生产要求的前提下，使区段煤柱在受控状态下减弱对顶板的支撑作用，引导上区段已开采区域的上覆岩层参与工作面岩层运移，延长了工作面的“有效长度”，为顶煤回收率和工作面产量的提高创造了有利条件。
2.3工作面三机配套
2.3.1大倾角工作面基本支架
25221综合机械化采煤工作面支架（ZZ6500/22/48型液压支撑掩护式）依据2130煤矿煤层特点联合郑州煤机厂专门研制，其工作阻力为6500kN，支护（工作）高度为2200～4800mm，对顶板支护强度为0.77～0.79MPa，对底板比压为2.2MPa。支架装备了顶梁、底座侧推与调架油缸（千斤顶），同时，在保证支架各种性能不受影响的前提下，对支架的重量进行了控制，设计了较高的支架初撑力，增强了支架抗倒滑能力，比较适应坚硬顶板软煤软底大倾角综采工作面的地质与生产技术条件，基本解决了下滑、倾倒及支架失稳后的调整等难题，实践表明支架在工作面推进期间，工作正常，性能稳定。
作者简介：侯红春，男，汉，1975年出生，现任焦煤（集团）有限责任公司1930煤矿副总工程师。
2.3.2大倾角采煤机
25221作面选用的MG400/920-QWD型交流变频调速、销轨式无链牵引采煤机（最大采高：4500mm；滚筒直径：2240 mm；截深：630mm；牵引速度：7.35 m/min；牵引力：677～325kN；重量：43t；适应煤层倾角：≤45°），具有机面高度小、截割与牵引功率大、调速范围广、受载合理、制动可靠（能实现动力制动）、摇臂润滑好等特点，能够适应大倾角煤层开采要求。
2.3.3工作面刮板输送机
25221工作面选用的SGZ800/2×400中双链刮板输送机（装机功率：2×400 KW；输送量：1500 t/h；刮板链规格：
Φ34×126 mm；刮板链型式：中双链；刮板链速：1.31m/s；最小破断负荷：≥1450KN。具有强度高、整体性好、防滑性能可靠、运量大等优点，较好地满足了大倾角软煤软底综放工作面的运输要求。3.坚硬顶板超前预爆破技术
“硬顶板超前预爆破”是超前工作面一定距离，预先打孔装药爆破，利用炸药在岩体内部爆炸能量的作用，改变岩石的物理与力学性状（质），使其强度降低、分层厚度变小、自然悬露面积减小，从而达到控制硬顶板大面积悬露和由此导致的灾害性垮落的目的。
软煤软底综放工作面硬顶板超前预爆破，与以往缓倾斜、中厚煤层超前预爆破比，具有更大的难度。要进一步研究超前预爆破机理、不同地质、开采条件下的炮孔参数设计原则及方法，具体内容包括炮眼布置、充填堵孔结构、装药结构、炸药结构与岩石的匹配、工作面矿山压力显现规律及超前预爆破对各类硬顶板的适应性等。
通过试验，坚硬顶板超前预爆破技术取得了较好的效果。
4.经济效益
4.1产量提高，产值增加
15221硬顶软煤软底综合机械化一次采全高采煤工作面，与同等条件下的仓储式炮采工作面相比，年产量平均提高了54%，年增产值约46800万元。
4.2回收率提高，产值增大
5#煤层在已经使用过的开采方法中，仓储式炮采工作面煤炭回采率为50%左右，而15221综合机械化一次采全高工作面回采率达到90%。按已采完区域的可采储量计算，比仓储式炮采工作面至少可多采原煤57.6万t，产值34560万元。
4.3人员减少，工效提高，综合经济效益提高
15221硬顶软煤软底综合机械化一次采全高工作面采用“三八制”、“两班半采煤半班准备”、分段追机作业的循环作业方式，一日10个循环。劳动定员135人。工作面直接工效15.6t/工·日。按此产量与效率与仓储式采煤法相比，工效提高12.4t/工·日（仓储式开采方法直接工效3.2t/工·日），人员减少65人。
5.结论
新疆焦煤集团主焦煤公司（2130平硐）大倾角硬顶软底软煤走向长壁一次采全高综采方法合理、技术优越，极大地改善了工人的作业环境，大幅度降低了劳动强度，保证了矿井安全正常生产，取得了良好的社会效益。