支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架在白坪礦的應(yīng)用與研究

孫祥德 歐亞偉

（1.河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作454000；2.鄭煤集團(tuán) 白坪煤業(yè)有限公司，河南 登封452482）

0 前言

白坪煤業(yè)公司井田位于登封煤田穎陽～蘆店向斜的南翼東段，主要回采二1 煤層，屬于典型的“三軟”煤層，由于受多期不同形式區(qū)域構(gòu)造的影響，導(dǎo)致二1 煤層頂、底板不協(xié)調(diào)褶曲，煤厚局部突變，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。公司一直采用質(zhì)量輕，底座大的支撐掩護(hù)式中位放頂煤支架回采，但中位放頂煤支架因其操作復(fù)雜、人力投入多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，回收率低，產(chǎn)能低等缺點(diǎn)，成為制約公司發(fā)展的一大阻力。

低位放頂煤與中位放頂煤相比，有許多優(yōu)越性，例如，受力合理，有效降低煤墻受力并減少支架前端鉆底；放煤能力大，提高回采率，生產(chǎn)效率提高；后部運(yùn)輸機(jī)不再受底槽煤和移架影響而人工清落，減輕工人強(qiáng)度。因此引進(jìn)低位放頂綜采技術(shù)，研究低位放頂煤支架在“三軟”不穩(wěn)定煤層的適用性，對“三軟”煤層的綜采技術(shù)發(fā)展具有借鑒意義。

1 概況

13091 工作面于白坪滑動(dòng)構(gòu)造區(qū)東南邊緣，為13 采區(qū)首采工作面，走向長1354m,傾斜長160m，傾角6～25°，平均傾角10°，受滑動(dòng)構(gòu)造影響，二1 煤層與圍巖接觸關(guān)系發(fā)生變化，致使其頂、底板產(chǎn)生小型不協(xié)調(diào)褶曲，煤層厚度局部突變，煤層原生結(jié)構(gòu)遭到破壞，形成構(gòu)造煤，薄則不可采，厚則可達(dá)平均煤厚的數(shù)倍以上，煤層具有突變、驟變的特征，煤層厚度0.4～11m，平均厚度4.4m。

工作面采用綜合機(jī)械化低位放頂煤采煤工藝。工作面支護(hù)使用ZF6400/19/32 型液壓中間支架和ZFG6400/21/32 型過渡支架，采煤機(jī)MG300/700-QWD，前后部運(yùn)輸機(jī)SGZ-800/800。

根據(jù)煤層底板情況和煤層厚度，硬度及需要的支護(hù)強(qiáng)度，選擇ZF6400/19/32 型液壓支架，過渡支架選用ZFG6400/21/32 型。詳見支架參數(shù)對照表。

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2 低位放頂煤回采工藝優(yōu)點(diǎn)

2.1 圍巖控制方面

2.1.1 支架結(jié)構(gòu)合理，穩(wěn)定性強(qiáng)

對比中位放頂煤，低位放頂煤支架底座出現(xiàn)陷底的幾率很小，分析原因是支架底座位于全部控頂面積的中心，受力均勻，穩(wěn)定性強(qiáng)，對煤層底板比壓合理，不會(huì)出現(xiàn)底座陷底現(xiàn)象。而中位放頂煤支架結(jié)構(gòu)類似“刀”形，后部掩護(hù)梁短并且承受的頂板壓力小，造成底座前部受力遠(yuǎn)大于底座后部，底座前部底板比壓增大，陷底嚴(yán)重。

2.1.2 支架工作阻力大，有利于煤壁管理

ZF6400/19/32 低位放頂煤中間架和過渡支架工作阻力6400KN，ZFT26000/18/35 端頭架工作阻力達(dá)到26000KN,遠(yuǎn)大于我礦之前用的中位放頂煤3600KN 的工作阻力，對頂板的支承能力強(qiáng)，能夠有效控制頂板，減輕頂板對煤壁的壓力，減少煤墻片幫冒頂幾率。經(jīng)統(tǒng)計(jì)與中位支架使用相比較，片幫與冒頂幾率降低80%以上。

2.1.3 放煤口靠后，控頂距大

低位放頂煤支架放煤口與煤壁距離比中位放頂煤長1.5m，支架控頂距大，直接頂斷裂跨落位置距煤壁遠(yuǎn)，對煤壁的影響和破壞小，增加低位放頂煤支架對煤壁的保護(hù)能力。

2.1.4 護(hù)幫板防治煤壁片幫及超前冒落效果好

伸縮梁前端鉸接護(hù)幫板，在180°范圍內(nèi)擺動(dòng)。首先在采煤機(jī)割煤后，及時(shí)落下護(hù)幫板，保護(hù)煤壁，有效減少頂梁端頭及上部煤壁的片幫及頂板冒落；其次，在已出現(xiàn)頂梁前端冒落情況時(shí)，護(hù)幫板翻轉(zhuǎn)180°，能及時(shí)阻止頂板繼續(xù)冒落，之后再采取超前拉架或人工支護(hù)，降低冒頂造成的影響，提高人工支護(hù)安全系數(shù)。

2.2 安全方面

2.2.1 支架操作空間及行人通道安全

中位放頂煤支架操作和行人均在架前進(jìn)行操作，煤墻易片幫和滾落碴石。工作面上、下端頭處需做安全出口，進(jìn)出工作面時(shí)要經(jīng)安全出口跨過前部運(yùn)輸機(jī)，存在一定安全隱患。

低位放頂煤支架前后立柱中間設(shè)有行人通道，行人和操作支架均在行人通道內(nèi)，距離煤壁遠(yuǎn)，并有護(hù)幫板與立柱的保護(hù)，同時(shí)解決了上、下端頭安全出口問題，直接由行人通道進(jìn)入上、下順槽，作業(yè)環(huán)境安全系數(shù)高。

2.2.2 通風(fēng)斷面大，降低通風(fēng)阻力

中位放頂煤支架最大支撐高度2.8m，低位放頂煤支架最大支撐高度可達(dá)3.2m，工作面通風(fēng)斷面比中位支架大30%左右，降低了工作面風(fēng)阻。

2.2.3 防塵效果好

中位放頂煤支架放煤窗口距底板高度1.1m，放煤時(shí)揚(yáng)塵點(diǎn)高，煤塵大，且支架通風(fēng)斷面小，工作面通風(fēng)阻力大，風(fēng)速高不利于瓦斯治理。

低位放頂煤支架放煤窗口靠近底板，放煤時(shí)揚(yáng)塵點(diǎn)低，煤塵小；支架最大支撐高度達(dá)到3.2m，工作面有效通風(fēng)斷面比中位放頂煤支架大30%左右。降低風(fēng)阻，減緩工作面風(fēng)速，有力于煤塵治理。

2.2.4 有利于水害防治

低位放頂煤支架回收率高，頂煤容易放凈，便于后部形成流水通道，工作面出水時(shí)有利于老塘水排出。

2.3 回采工藝方面

2.3.1 支架操作方便，拉移速度快

中位放頂煤支架抬底座油缸為相鄰兩架共用，拉架前要先替換抬底座千斤頂，拉架時(shí)需兩人配合，一人負(fù)責(zé)倒換抬底座油缸，一人負(fù)責(zé)拉架。同時(shí)由于拉架千斤頂工作阻力小，拉架速度慢，平均拉移一架需3 分鐘。

低位放頂煤支架抬底座油缸設(shè)置在支架底座上，省去替換抬底座千斤頂時(shí)間。操作拉架只需一人，且拉架千斤頂缸徑大，支架移動(dòng)速度快，平均拉移一架不到一分鐘，每架減少拉架時(shí)間至少2 分鐘，工作面正常回采期間可做到追機(jī)拉架作業(yè)。

2.3.2 降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，增加生產(chǎn)時(shí)間

中位放頂煤工藝每班需投入20 人進(jìn)行落后部運(yùn)輸機(jī)和煤墻支護(hù)工作。

低位放頂煤支架后部運(yùn)輸機(jī)直接安置在老塘側(cè)底板上，不需要落后部，且低位支架支撐能力強(qiáng)，能夠減輕頂板對煤壁的壓力，減少煤墻片幫幾率。正常回采期間基本杜絕人工支護(hù)，大幅降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了人員投入及材料消耗，增加了生產(chǎn)時(shí)間。

3 低位放頂煤工藝取得的成效

低位放頂煤液壓支架在白坪煤業(yè)公司13091 工作面三個(gè)月的使用，證明了低位放頂煤支架能夠適應(yīng)三軟煤層地質(zhì)條件，并且發(fā)揮了支架結(jié)構(gòu)合理、對圍巖支護(hù)情況好、支架操作方便、回采速度快、回采工藝機(jī)械化程度高等優(yōu)點(diǎn)。而且有利于通風(fēng)、瓦斯管理與水害防治。低位放頂煤支架的投入使用，大幅度提高了13091 工作面單產(chǎn)、減少了人員投入、降低了噸煤成本，并且降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 減人提效

13091 低位放頂煤工作面切巷長160m，分7 個(gè)口作業(yè)，相比同切巷長度中位放頂煤工作面，每天可減少人員出勤35 人。

3.2 提高煤炭回收率

中位支架放煤口在掩護(hù)梁上，放煤口以下距底板1.1m 高度的煤無法放出來。低位放頂煤支架放煤口布置在支架尾梁和底板之間，從而避免了以上缺點(diǎn)。通過248m 回采，測算回收率達(dá)到95%以上，回采率較中位放頂煤工藝能夠提高10%以上。按照13091 工作面可采儲量156 萬噸計(jì)算，可多采原煤15.6 萬噸。

3.3 降低材料消耗

低位放頂煤支架能有效防止支架端頭煤壁的片幫及超前冒落，正常回采期間基本杜絕人工支護(hù)，與中位放頂煤工藝相比，工作面支護(hù)材料消耗可降低70%以上。

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