1、工程背景
天祝煤业公司3225综放工作面走向长900 m，倾斜长70m，煤层厚度4-8m，综采采高2.2m，煤层倾角18～21°，局部倾角达32°，可采储量46.7万t，煤层距离地表300—500m。煤层较为坚硬且厚度逐渐变化，沿走向方向由井田中心向南、北方向变薄直至消失。
该工作面综放开采的技术难点：
(1)中层煤硬度f=0.59~0.64，上层煤硬度，=0.85～2.76，中、上煤之间有一层被称为八寸石的夹矸。在实验中发现，由于上层煤较中层煤硬，所以上层煤的冒放性较中层差。悬空的上层煤和八寸石夹矸，在垮落前常呈现出明显的向下弯曲变形，随后才发生垮落，顶煤的垮落常常滞后，这对顶煤的回收增加了一定的难度。
(2)坚硬顶板不能随采随冒，延长顶板垮落和来压的周期，增强来压的强度，顶煤回收难度加大。
(3)煤层倾角大，厚度不均条件下的综放开采工艺异常复杂，使得对设备选型与配套的要求大大提高。
(4)倾斜综放工作面安全事故多，对安全保障技术难度加大。
2、覆岩运动特征的相似模拟
2.1相似模型及实验参数确定
(1)原始参数。工作面倾斜布置．走向推进。走向长度900m，倾斜长度70m，截深0.6m，采高
2.2m．两采一放，步距1.2m．放煤平均厚度7.72m，煤层平均倾角为30°。
(2)模型参数。几何相似常数为100，密度相似常数为1.56，根据相似理论，确定出应力及强度相似常数为160。模型选用3m平面模型支架，模型按线比从中层煤向上铺装1.4m．以上覆盖的岩土重量，用配重的方式进行模拟。
2.2采场顶煤及八寸石夹矸活动规律
通过模拟过程可以看出，采场顶煤及顶板活动规律为：当工作面走向推进到13m处时，顶煤由于重力的作用，发生离层，支架所受的载荷为2550kN左右。随着工作面的不断推进，离层裂隙不断发展，在工作面推进到39m处时，离层悬空的顶煤达到极限垮距，顶煤发生首次大范围垮落，支架所受的载荷为4170 kN左右。当工作面推进到51m处，直接顶发生初次垮落，垮落前支架所承受的载荷3 302kN左右。老顶初次垮落的极限距离是73m左右，垮落前支架所受载荷达为3587kN左右。老顶周期垮落的步距为20m左右。
2.3煤岩断裂垮落的几个特征
通过模拟过程可以得出煤岩断裂垮落的几个特征。
(1)上层煤和八寸石夹矸冒放性较中层煤差。在垮落前常呈现出明显的向下弯曲变形，顶煤的垮落常常滞后工作面一定距离，造成顶煤回收率低。
(2)坚硬的直接顶岩石不能随采随冒，延长顶板垮落和来压的周期，而且增强来压的强度。
(3)坚硬顶板破断后，相互之间很容易形成咬合，在下部形成铰接式平衡拱结构。
3、大倾角坚硬煤层综放开采的几个关键技术
根据以上相似模拟实验研究，针对该类大倾角坚硬煤层综放开采，采取了相应的技术措施。
3.1 工作面快速安装技术
采用自下而上整架后退式安装方法，用此方法安装的目的是靠液压支架整体自重，重心偏下有下滑趋势的条件，利用绞车牵引支架，控制支架下滑速度减少拉运阻力，便于掌握支架的排列间距，利于和前部
刮板输送机有效连接，提高安装质量、节约安装时间。
3225综放工作面共安装液压支架50付，设备安装所用时间为：支架6d，其中下端头两付过渡架分别用两个小班，机头段30m每小班安装2架，机头30m以上每小班安装3架，最高一个小班安装4架。刮板输送机4d，采煤机ld。工作面设备总安装时间为11d。
3.2半刀割煤工艺
(1)采煤机首先从工作面机尾斜切位置以半个截深下行割煤，采煤机左右滚筒均沿底板割煤并装煤，一直割到距刮板机机头12架（够采煤机一个斜切位置即可）处。
(2)采煤机下行割煤到第12架时，将采煤机前进方向的滚筒升高到煤层顶板或接近煤层顶板，另一个滚筒继续沿底板，将工作面12架至刮板机机头处输送机溜槽推进，使之靠近煤壁，从而使采煤机割全刀(600mm)割至刮板输送机机头，并随之移第1~9架基本支架，立即支护工作面机头裸露的顶板，同时将9架至刮板输送机机尾的溜槽推进下半个截深。
(3)采煤机割至工作面刮板输送机机头处后，将靠刮板输送机机头侧滚筒降至底板，机尾侧滚筒升至顶板或接近顶底，采煤机掉头上行向机尾割剩下的半个截深煤壁及顶煤，紧随采煤机割掉顶煤后，立即移架支护裸露的顶板，并随后将工作面输送机推进半个截深。
(4)采煤机割至刮板输送机机尾处割掉机尾斜切三角煤后，将左右滚筒再次全部落至底板，改变牵引方向准备进行下一刀割煤。此时即完成—个割煤循环。
相对于常规割煤工艺所形成的方角煤壁，该工艺减少了直接顶暴露时间，减少了上下端头开缺口的繁锁工序及�；奔洌忠蚪厣钫�，采煤机截割阻力小，负荷轻，基本能保证采煤机全速运行，达到快速割煤的目的。
3.3工作面输送机上下窜的控制技术
针对现场情况，采取不同的方法，改变移架过程中支架的受力状态，控制前后溜的上下窜来达到目的。
(1)工作面伪斜开采。根据开采实践，倾角在20°～25°、长度在50～65 m的工作面，采取运输巷超前回风巷8～12m、伪斜30～5�？桑芗跎僦Ъ芎凸伟迨渌突蛳碌姆至�，机头1～2架基本采平抑制其整体下滑趋势，亦不会造成刮板输送机上窜。
(2)移架方式采用单架依次顺序式或分组整体依次顺序式半卸载带压擦顶移架，达到控制支架上窜趋势的目的。
(3)根据工作面前后刮板输送机与转载机搭接情况，坚持单向顺序上行推前刮板输送机和拉后刮，板输送机工作，当刮板输送机下窜时上行移刮板输送机，当刮板输送机上窜时反方向进行。
3.4提高顶煤回收率技术
(1)放顶煤工序。工作面每开两帮放一次顶煤，放煤步距1.2 m，根据工作面条件采用由下向上多轮均衡间隔顺序放煤。每付支架，每轮放煤时间控制在2 ~4 min之间，放煤量控制在3 t左右。
(2)在移架过程中使支架前立柱高于后立柱100 ~150 mm，保证支架顶梁后部与工作面顶板间形成空隙，便于顶煤垮落。
(3)1作面放顶煤步距为1.2m，有效防止老塘侧矸石涌向支架尾梁。
3225工作面共回采煤量48.9万t，回采率达到91.3%，其中顶煤回采率为83%，工效达到22t/工，最高月产达8.1万t。
3.5 U型上行“附加局部”通风技术
根据矿井通风系统及该工作面巷道布置情况，该工作面选用“U”型上行通风方式，为解决高瓦斯矿井上隅角瓦斯问题，在回风巷距工作面50 m处安装一台抽出式风机，用于抽出上隅角积聚的瓦斯，当上隅角涌出瓦斯时，采用在支架下侧悬挂导风帘或用压风管路将新鲜风流引入上隅角下部稀释瓦斯。
4、结论
(1)以天祝煤矿3225工作面开采条件为工程背景，采用相似材料模型实验模拟分析了大倾角坚硬煤层采场顶煤及顶板活动规律，得到了综放开采过程中煤岩断裂垮落的几个显著特征，为工作面实际开采提供了基础依据。
(2)3225工作面首次试验采用走向长壁、中上层煤合采的综放开采技术，取得了半刀割煤采煤工艺、工作面快速安装、输送机上下窜控制、坚硬煤层顶煤回收率提高；“U”型上行“附加局部”通风等创新性技术成果，实现了工作面安全回采。
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