“柔掩”采煤法在急傾斜“小角度”煤層的研究與實踐

周宏范

（1.安徽理工大學能源與安全學院，安徽 淮南232001；2.國投新集能源股份有限公司三礦，安徽 淮南232001）

0 概況

國投新集三礦屬急傾斜煤層，瓦斯礦井，主采煤層為13-1 煤、11-2 煤和8-1 煤，采用偽傾斜柔性掩護支架采煤法。該礦井于1996 年10月投產，礦井一水平儲量已經基本采完，現在全部進入二水平生產。隨著礦井向深部延伸，煤層傾角不斷變小，局部已經小于50°，且煤層賦存條件越來越差，傳統的柔性掩護支架及回采方法已越來越不適應該條件下的安全回采。為了進一步提高資源回收率，減少工作面刮矸量，保證支架順利下放，該礦通過研究與實踐，在251308 工作面采用了改造新型掩護支架配合單體液壓支柱“領架”的方法，成功對急傾斜“小角度”采煤工作面進行安全高效回采，取得了較好的效果。

1 工作面概況

251308 工作面位于該礦二水平西五采區東翼， 西起-480m 西五石門，東至-480m 西五石門東740m，可采走向長700m，平均階段垂高33.8m；受地質構造影響，該工作面內地層傾角變化大，-480m 西五石門以東500m 至開切眼范圍內局部煤層傾角40°～57°， 平均傾角45°。傳統的柔性掩護支架下放極其困難，工作面極易刮底板矸石，頂板管理難度也大，工作面推進緩慢，資源回收率低，嚴重制約單產和煤質的提高，同時對采空區防滅火管理帶來一定難度。

2 解決的方法和措施

2.1 支架的改造

該礦原有掩護支架頂、底板側架腳與架料橫梁夾角分別為140°、120°，為適應現場條件，方便支架下放，將掩護支架頂、底板側架腳與架料橫梁夾角分別為150°、155°，且在下肢架腳上增加了滑撬板，部分支架上肢增加了擋板，以便于支架的下滑和單體斜撐。 如圖1。

圖1

2.2 施工方法及措施

2.2.1 支架安設

（1）首先在巷道內沿頂板側支設一排架梁，梁為2m×φ20～24cm 半圓木，支柱為單體液壓支柱，一梁三柱，支柱必須支設在半圓木與棚梁對應正下方，半圓木與棚梁接觸要嚴密，不實處加木墊板，支架在架梁下安裝。

（2）支架沿頂板擺設，安裝時上肢超前下肢0.2m，架間距（中～中）167mm，每米6 根。 支架架下安設3 根鋼絲繩，鋼絲繩φ30～40mm，上、中、下肢各一根，用兩眼板固定鋼絲繩，連接支架和鋼絲繩時，要求鋼絲繩拉緊。

（3） 每兩根架子間安裝3 塊代用梁，3m 支架中間代用梁規格為長×寬×厚=1.1m×0.13m×0.05m 的木板， 兩端代用梁規格均為長×寬×厚=0.9m×0.13m×0.05m 的木板。

（4）頂板棚腿或架梁支柱隨支架安裝而逐根回撤，但不得提前進行。 頂板棚腿回撤前， 采用單體液壓支柱配合半圓木 （1.8m×Φ18～22cm） 在待回棚腿兩邊分別支設好托頂護幫， 托頂生根必須牢固有勁，防止抽漏。

（5）每隔2m 安裝一根帶有擋板的支架，在其下方支設一根單體液壓支柱，單體支柱必須用3 分鋼絲繩配合繩卡（12#）固定在支架上肢鋼絲繩上，繩卡必須將3 分鋼絲繩卡緊卡牢，防止脫落造成單體液壓支柱傾倒。

（6）支架安裝示意圖（圖2）。

圖2

圖3 架下爆破炮眼施工布置支設示意圖

2.3 工作面支架下放及領架

2.3.1 支架下放

（1）當支架安裝壓實茬長度超過15m 時即可進行初次下放架子，具體工藝為：回棚(拴繩頭) →打眼→裝藥→聯線→放炮。

（2）炮后自下而上出煤，采用自滑溜槽出煤至機巷刮板機運出。

（3）采用邊出煤，邊掛溜槽，并及時設好支柱的方法。 斜架內的單體液壓支柱安設在支架上肢，并迎山支設，不得退山，迎山角不大于5°。

（4）架子正常推進時，工作面偽傾角保持在25°～30°之間，不得超過35°。 架子仰角保持在不大于煤層法線方向的5°。

（5）斜架子地溝高度在1.2～1.5m 之間，架內支柱齊全，支設在實碴上。

2.3.2 領架方法

（1）變架下炮眼傳統的“八”字雙排炮眼布置方式為平行頂板雙排炮眼布置，破頂板側煤，保留底板側煤，以給單體主動斜撐提供支撐領架空間，減少刮底板。

（2） 單體設向頂板側， 通過向單體液壓支柱注液，單體通過支架擋板斜撐主動領架，將支架領向頂板側。通過主動斜撐控制支架領向頂板側，而不是傳統的加大支架仰角減少刮矸，減少頂板暴露面積和支架刮矸量，防止了頂板暴露過多發生頂板竄矸的危險，保障了工作面的安全正常推進。

（3）炮眼布置及支架主動領架工藝如圖3。

3 主要優點

通過這種新型的引領支架的方式，增大了急傾斜煤層開采中偽傾斜柔性掩護支架采煤法適用的范圍，解決了煤層變緩時支架容易刮矸石的難題， 盡最大可能地減少或者避免支架回采過程中刮矸石的程度，減少頂板暴露面積改善了工作面的作業環境，避免出現了斜架子出貨過程中竄矸傷人現象的發生；同時，加大了工作面的推進度，保證煤質、產量的完成，避免了跳采帶來的資源浪費，也為工作面的防滅火工作面帶來極大的好處。

4 結束語

該種回采方法已經在三礦試采成功，下一步將廣泛使用。 它的成功使用提高了該礦資源回收率，增加工作面架下空間，減少工作面刮矸量，改變了過去被動下放轉為主動引領支架的局面，從而能夠人為的通過對單體液壓支柱的加、泄壓及調整支設角度來隨意向頂、底板引領支架，使工作面能夠順利、安全回采，解決了急傾斜煤層傾角在45～60°之間的工作面回采困難的問題。