俯偽斜走向長壁分段水平密集支柱采煤法的應用

文/康松

俯偽斜走向長壁分段水平密集支柱采煤法的應用

文/康松

湖南省冷水江市龍王池煤礦煤層賦存條件十分復雜，區內5煤層不能全采，可采區域的5煤層傾角在45°～60°，煤厚1.5m～2.0m。龍王池煤礦積極探索，成功地在23采區2351工作面推行“俯偽斜走向長壁分段水平密集支柱”采煤法，突破了單體液壓支柱在急傾斜煤層工作面中分段水平密集支柱控頂方式的應用。與傳統的臺階式采煤法相比，“俯偽斜走向長壁分段密集支柱”采煤法改變了頂板巖石受力狀況，使急傾斜工作面的傾斜得到有效控制，增加了頂底板的相對穩定性，較好地解決了滑底、推頂、采空區冒落矸石竄入工作面等難題。同時，在區段垂高相同的情況下，工作面有效利用率比偽斜短壁采煤法提高30%～40%，相同地質條件下，單產提高90%左右，回采工效提高50%左右，取得了較好的安全和經濟效益。

一、礦井開采條件及2351工作面概況

1.礦井開采條件

龍王池煤礦位于冷水江復式向斜東翼中段，冷水江礦區塘沖井田的南端65～67勘探線之間，地層總體成復式向斜。地層走向北東，以寬緩褶皺為主、斷層次之。褶皺構造主要有坪煙背斜、賴子嶺向斜、楊家佬背斜等，斷裂構造主要有光大灣正斷層、溴皮溪逆斷層、廟灣逆掩斷層等，光大灣正斷層傾角有65°～80°，造成梓門橋下部灰巖及煤系地層部分缺失，煤層受到破壞，賦存條件復雜。

2.2351工作面概況

2351工作面位于礦井23采區南端，2331工作面下部，區內含煤三層，從上到下分為3煤層、5煤層、6煤層。目前，3煤層已采完，6煤層不可采，5煤層受斷層構造的影響，部分區域缺失，傾角較大，達45°～60°，煤厚1.5m～2.0m，平均煤厚1.8m。正常涌水量10m3∕h，最大涌水量25m3∕h，水文地質條件簡單。

5煤層偽頂為炭質頁巖，厚0.2～0.4m，隨采隨落，直接頂為細砂巖、粉砂巖。5煤層絕對瓦斯涌出量1.36m3∕min，相對瓦斯涌出量16.7m3∕min。無突出危險性，無自然發火傾向，無煤塵爆炸危險性。

工作面走向長218m，傾斜長90m，DZ型單體液壓支柱架棚，分段水平密集支柱切頂，放頂與自然充填方式管理頂板。

二、2351工作面布置方式

2351工作面成俯偽斜直線方式布置，運巷、回風巷與走向長壁工作面相同。見圖1。工作面斜長90m，偽傾斜角35°左右，確保了煤炭能自溜進斗，又方便了作業人員行走。考慮溜煤、通風、行人等工作的方便，工作面下部的溜煤眼要提前掘成3個以上，呈漏斗狀，并鋪溜槽。

當工作面運巷、回風巷掘到采區邊界時，沿煤層傾斜方向掘切眼，連通運巷和回風巷，構成全負壓通風系統，如圖2所示。

三、2351工作面采煤工藝

1.工作面初采

圖1工作面布置圖

由切眼與工作面回風巷交接處開始，按工作面偽斜角方向，分段自上而下推進，工作面長度逐漸增大，如圖2所示。初采時工作面出煤和作業人員均由切眼處通行。隨著工作面向下推進，切眼自上而下逐段報廢。當推進至工作面下端距回風巷4.2m時支設分段水平密集支柱。支柱間隔不超過0.3m，由采空區側朝煤壁側向上傾斜10°左右，每隔4.2m設置一排水平密集支柱，每排水平密集支柱沿走向長4.2m，上鋪高分子阻燃纖維網。密集支柱隨工作面推進，前添后回，相鄰兩排水平密集支柱沿煤層走向保持1.0～1.5m錯距。由于偽頂只有0.2～0.4m，隨采隨落。當初期分段水平密集支柱長度達到4.2m而直接頂仍不垮落時，人工在支柱上鋪1.5m左右的矸石墊層。隨著工作面的繼續推進，不斷增設新的分段水平密集支柱。當工作面煤壁達到圖2所示位置時，初采工作結束。

2.工作面回采

當直線俯偽斜工作面及分段水平密集支柱逐段形成后，轉入正常回采。自下而上分段爆破落煤，從上往下分段支柱。當放炮完成后，從回風巷往下支柱，支到第一分段水平密集支柱的位置時，將該水平密集支柱延伸到工作面的第二排支柱，用檔板擋嚴，然后拆除第一分段水平密集支柱采空區側的應撤支柱。同時，沿工作面傾斜方向繼續往下支柱，支到第二分段水平密集支柱的位置時，將該水平密集支柱延伸到工作面的第二排支柱，用擋板擋嚴，然后拆除第二分段水平密集支柱采空區側的應撤支柱。如此往復，直到撤回最后一排水平密集支柱應撤的支柱。

3.工作面末采

當工作面上端推進到距回風口10m左右時，在距回風口4m左右掘收作眼，掘好收作眼后，毎隔5m加快掘進水平聯絡巷，收作眼靠工作面一側設保護煤柱，寬4m，傾斜長5m。工作面自上面下分段縮短長度，如圖3所示。工作面收尾時，收作眼需始終保持暢通，從而滿足通風、運料和行人的安全。

4.采空區處理與支護形式

采空區處理以放頂和自然充填相結合，上分段采空區冒落矸石可放入本分段采空區，采空區出現大面積懸頂時，采用人工強制放頂，初期采用鋪墊石，各分段密集支柱之間末被矸石充填滿的“三角區”仍用點柱支護。支護形式采用DZ型單體液壓支柱配鉸接頂梁，倒懸臂齊梁齊柱布置，柱距0.6m，排距0.8m，2～4排控頂，DZ型單體液壓支柱采取防倒措施。靠煤壁一端的水平密集支柱與煤壁之間始終保持2排支柱以上，平行煤壁的第一排點柱要戴帽。

四、結語

實踐表明，分段水平密集支柱分段的長度與頂板性質、工作面采高、采空區冒落矸石的安息角、煤層瓦斯涌出量，以及相鄰兩排密集支柱的間距等因素有關。分段水平密集支柱長度過長，工作面控頂距增大，頂板壓力隨之增大，回柱困難，且在分段水平密集支柱下方的“三角區”也容易積聚瓦斯。分段水平密集支柱長度過短，則不能有效地起到擋矸作用。龍王池煤礦俯偽斜走向長壁分段水平密集支柱采煤法工作面呈俯偽斜直線布置，工作面上下分段可同時回柱放頂，充分利用時間和空間，加快了工作面推進速度，避免了煤壁片幫傷人，減少了煤炭自溜過程中因竄入采空區而造成的丟煤，也為進一步實現采煤機械化創造了條件。

（作者單位：湖南省冷水江市煤炭局）

（責任編輯：周瓊）

圖2

圖3