工作面大傾角仰采段安全開采技術應用實踐

張興堯

(山西煤炭運銷集團 張家灣煤業有限公司，山西　大同　037007)

·技術經驗·

工作面大傾角仰采段安全開采技術應用實踐

張興堯

(山西煤炭運銷集團 張家灣煤業有限公司，山西大同037007)

摘要針對炭窯峪煤礦81801綜采工作面局部煤層傾角突然增大的賦存情況，分析了礦壓顯現特征及“支架—圍巖”關系特點。研究表明：在工作面仰斜開采時，頂板除受自重力作用外，還增加了向采空區分力，使頂板巖層受到拉力作用，并出現煤壁片幫和壓出增多，因此需選用支撐能力大、穩定性能好，大拉力推移千斤頂的液壓支架。開采結果表明：在仰斜開采前，先將工作面調斜，增加支架防滑、防倒裝置，實行超前移架，起吊刮板輸送機、墊高中部槽，采煤機調整為中部進刀方式，勞動組織實行綜合工種分段作業，并加強端頭支護等措施，可安全通過局部仰采段。

關鍵詞局部仰采；礦壓分析；開采對策；技術應用

近些年來，隨著國產綜采設備技術性能的逐步成熟，綜合開采技術以其回采工效高、采出率高等優點在一些生產礦井和新設計礦井得到普遍推廣應用。但在煤礦開采過程中，由于煤層賦存條件的變化，或是受到地質構造的影響，煤層傾角會突然增大，工作面礦山壓力顯現規律及生產工藝都會出現一些新特點，尤其是當仰采角度超過一定值后，工作面頂板活動情況與緩斜工作面頂板活動規律發生明顯變化，煤壁片幫壓出的可能性增加，導致綜采設備將不適應推進、頂板管理困難和工作面運輸難度加大等一系列問題。目前，國內一些專家經過長期研究和實踐，對仰斜開采礦壓顯現特征進行了深入分析，根據“支架—圍巖”關系特點，對液壓支架性能進行了技術性能設計，并優化了開采工藝，明確了可靠的防片幫措施，使得仰斜開采技術更趨成熟。隨著綜采工作面大傾角仰采工藝的推廣和應用，使仰斜開采技術更加完善具體，無論在設備選型上，還是在工藝流程上都得到了很大程度提高。在當前煤炭安全生產形勢下，煤礦不僅僅只注重開采技術，在安全上也需要不斷創新，不斷細化管理措施，又提出了綜采仰采工作面安全開采技術，從而解決了安全開采的問題。本文在專家學者研究的基礎上，結合炭窯峪煤礦仰斜段開采實踐，系統分析了礦山壓力活動規律，針對性地采取了增強支架性能、加裝護幫板等措施，從而達到防止煤壁片幫、頂板斷裂的效果，同時細化調整了生產工藝，優化了勞動組織，并在各生產工序操作上制定了安全措施，從而實現煤礦安全、高效生產。

1工作面概況

炭窯峪煤礦81801綜采工作面走向長度990 m，方位19°48′41″；傾斜長度130 m，煤層傾角7°～15°；煤層厚度1.7～5.2 m，平均3.06 m，可采儲量為52.87萬t.工作面地面標高1 525～1 550 m，煤層標高1 070.8～1 216.2 m，埋藏深度308.8～479.8 m.工作面順槽在550～650 m處沿煤層走向傾角增大為16°～23°，局部達26°，因此，工作面在此區段沿走向推進時需要采用仰采技術。

2工作面仰采礦壓顯現特征及“支架-圍巖”關系

通過力學結構分析，工作面仰斜開采時，由于煤層傾角自然因素，頂板在自重力作用下，產生一個向采空區方向的分力，在此分力作用下，工作面頂板巖體向采空區方向移動，巖層受到拉力作用。為此工作面頂板可能斷裂，或者出現裂隙、裂縫，并加劇破碎，相應煤壁的水平位移量增大，煤壁片幫和壓出現象明顯增多，并有將支架推向采空區的趨勢。通過研究分析，雖然煤層傾角在一定程度上能減弱頂板法線應力，但由于煤層水平位移量增大，造成頂板初始下沉和端面距增大，從而導致頂板穩定性變差，工作面維護條件變壞。

根據“支架-圍巖”關系特點，工作面在仰斜開采時，采空區頂板垮落后，矸石有涌向采空區趨勢。因此，應在技術工藝、設備選擇上解決安全開采問題，一是支架宜選用支撐能力大、穩定性好、頂梁受力狀態好、切頂性能強的支撐式液壓支架或支撐掩護式液壓支架，同時為防止支架向采空區傾斜，支柱應斜向煤壁6°左右，并設置復位千斤頂，以確保支柱與煤壁的正確位置關系。二是工作面布置時傾斜長度不能過大，否則由于煤壁片幫造成煤量過多，輸送機難以啟動，在防止煤壁片幫問題上，液壓支架應加裝護幫板，移架后及時打開。三是針對仰斜開采移架困難的問題，當傾角較大時，應采用淺截深、小移量、多次移架的臨時措施，同時優先選用大拉力推移千斤頂的液壓支架，加大掩護梁的坡度，使得托梁受力作用方向趨向底座內，有利于支架工作，增加支架穩定性，從而解決移架困難等問題。

3工作面仰采主要問題及分析

由于炭窯峪煤礦81801工作面在550～650 m處沿煤層走向推進時為仰采，工作面開采將面臨以下主要問題：

3.1　圍巖控制

1) 工作面頂板管理難度加大。

工作面在推進過程中，頂板在自重力作用下，產生向采空區的分力，并使頂板巖層受拉，頂板容易斷裂，并且隨著仰采角度的增加，礦壓顯現尤為突出，從而作用于支架上，使得支架壓力增大，嚴重時將支架壓死并損壞。

2) 工作面煤壁易片幫。

工作面割煤后，煤壁出現一向采空區方向的俯角，煤壁在自重力的作用下極易片幫，煤塊拋落到控頂區內，不僅加大了清理浮煤的工作量，還嚴重影響到工作面人員、通風安全。

3.2　設備運行

1) 支架推移時，向采空區水平位移量增大，造成液壓支架向煤壁方向推移難度增加

2) 采煤機割煤時，采落的煤炭極易拋灑到控頂區，影響人員和設備安全。

3) 隨著工作面仰采角度增大，刮板輸送機每推進一個循環步距，輸送機的里沿和外沿會出現15～30 cm的落差，增加了墊高輸送機外沿的工序及工作量。

4) 由于煤層傾角增大，致使巷道坡度增加，布置在運輸巷道內的設備列車前移、固定及安全防護難度增大。

4開采對策

4.1　合理配置設備

1) 為保證工作面刮板輸送機鋪設平整，每隔5臺液壓支架安裝一組起吊滑輪，專門用于抬高工作面輸送機外沿，不僅優化了施工工藝，還保證了起吊溜槽高效安全。

2) 根據“支架-圍巖”關系特點，在81801工作面選用ZF13000/23/36型支撐掩護式液壓支架，該支架采用了雙伸縮立柱、整體頂梁、可伸縮掩護梁、前護幫板、側護板等，減少了隨采高變化對立柱縮節拔節的工序，更有利于頂板管理。該支架還增加了抬底千斤頂、調架千斤頂，滿足了調整支架及大傾角仰采的護幫要求。同時，為有效防止液壓支架倒架、下滑，工作面每隔10臺支架配備一組防倒、防滑裝置。

4.2　優化采煤工藝

1) 工作面施工工藝：由原來割煤→移架→移輸送機工序，調整為移架→割煤→移輸送機，通過掏梁窩，實現超前移架，不留端面距，從而有效控制機道頂板。

2) 采煤機進刀方式：由兩端頭斜切進刀調整為在工作面中部進刀方式，實行各工種平行作業，為起吊輸送機墊高溜槽、清理架間浮煤提供時間和空間。

3) 勞動組織：由追機作業調整為分段作業，保證作業人員、施工地點、施工工藝“三固定”，從而達到安全高效要求。

4.3　制定開采方案

1) 工作面調斜。

在采煤工作面進入仰采段前，采煤機割完調斜前的最后一刀煤時，旋轉中心端停移輸送機，另一端則移夠一個截深，并將輸送機調成一條直線，然后采煤機割煤，將工作面逐步調斜，使機頭超前機尾距離控制在15～17 m，從而減小開采時工作面仰采角度。

2) 回采工藝。

a) 移支液壓支架。

在梁窩掏好后，移架工采用帶壓擦頂快速移架，移架必須逐架進行，采用鄰架操作，防止煤壁片幫影響操作人員安全。每個支架移架完成后，必須立即升起支架，充分接頂，并達到初撐力要求后方可進行下一架操作。

b) 采煤機割煤。

在采煤機割煤前，先降低液壓支架前柱，用輸送機鏈條一端固定在液壓支架前柱梁的起吊環上，鏈條另一端與輸送機排軌連接，然后升起支架前柱，使輸送機靠采空區側一端抬高25 cm，將厚度為20 cm的道木墊在輸送機下，使輸送機傾斜度控制在7°以下，放下支架前柱梁并松鏈，立即升起支架，使支架充分接頂，初撐力達到要求。調整順序必須從工作面頭部向尾部逐架完成，直至輸送機全部調整到位。待輸送機調整完成后，調整采煤機滑靴，將平面滑靴(前滑靴)更換為低滑靴，導向滑靴(后滑靴)不變，以達到采煤機保持水平為宜，然后開機割煤，采煤機司機必須站在架間遠距離遙控操作。

c) 推移輸送機。

在采煤機完成割煤、清底煤后，逐次推移輸送機到位。

3) 其他工序。

a) 超前及端頭支護。為加強上下端頭及兩巷超前支護強度，保證端頭及超前支護的穩定性，所有單體支柱底座必須預刨柱窩，支柱迎山角度按照煤層傾角的1/6支設，支柱都要迎山有力，初撐力不小于90 kN.加強支柱防滑、防倒管理，柱間使用硬連接，柱帽上焊接螺絲帽與單體柱用鏈條連接，并與頂板上的金屬網片連接牢固。

b) 設備列車前移。工作面設備列車前移到仰采段，將列車一次性移至斜坡上部傾角小于13°的地段，將列車用卡軌器固定牢靠，并安設防跑車裝置，設專人定期進行檢查、檢修。

4.4　安全技術措施

1) 在推進過程中，嚴格控制循環推進度，保持支架平穩前移。在移架時煤壁側嚴禁站人，防止滾落碴塊或煤炭傷人。

2) 及時清理機道內及架間浮煤，減少推移輸送機和移架的水平阻力，確保移架和推移輸送機工作正常進行。

3) 當工作面煤壁片幫影響安全生產的問題，應積極采取有效措施：

a) 將支架全部改為鄰架操作，防止煤壁片幫影響到移架工安全。b) 采煤機司機必須使用遙控器遠距離操作，確保遙控器靈敏可靠，并在操作過程中注意觀察頂板、煤壁情況，待采煤機推過后，及時前移輸送機。c) 當仰采角度過大，煤壁片幫嚴重時，在機道與人行道之間加設尼龍繩擋矸網，并對機道進行封閉管理，確保防矸網與支架連接嚴密，防止煤矸竄出傷人。d) 人員進入煤壁側進行掏梁窩等操作時，必須嚴格執行敲幫問頂。

4) 加強支架的檢修維護，使支架始終處于最好的支護狀態，確保工作面支護強度。

5) 工作面割煤后煤壁應保持直線，頂板平整，移架、推溜也要保證成直線。

6) 確保安全出口暢通，及時在兩端頭安全出口和兩順槽巷道清挖臺階，每班設專人及時進行清理，防止因陡坡或底板光滑而發生摔倒傷人事故。

7) 進行拆、卸、砸、拖、拉、抬、撬等作業時必須做到統一指揮，統一行動?，F場使用的工具、索具等安全設施在使用前必須認真檢查。

8) 送電及操作電器設備必須由專職電工進行，所有電氣設備不得有失爆現象，并保護好各類設備、設施。

9) 加強液壓系統管理，保持液壓系統完好，乳化液配比濃度符合規定，液壓泵站壓力不得小于30 MPa，保證支架的支護強度，無跑、冒、滴、漏現象。

5結語

開采實踐證明，綜采面仰斜開采技術適用于炭窯峪煤礦局部大傾角仰采段安全開采，通過選用ZF13000/23/36型支撐掩護式液壓支架，滿足了調整支架及大傾角仰采的護幫、護頂要求，通過優化采煤工藝、制定開采方案、采取有效的安全措施實現了特殊地段局部仰斜開采，為今后煤礦在地質條件復雜地段進行科學設計和合理開采有限的煤炭資源提供了可靠的技術依據，可對類似條件下煤礦安全開采提供借鑒。

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Application Practice on Safe Mining Technology in the Upward Mining Period of Large Dip Angle Face

ZHANG Xingyao

AbstractIn view of the occurrence of which the local coal seam dip angle is suddenly increase of 81801 fully mechanized coal mining face in Tanyaoyu coal mine. The mine pressure apparent characteristics was studied and the support and the surrounding rock relationship feature was analyzed. Research shows that when the face upward inclined mining, the roof except by the gravity, also added to the component force of the mined-out area, make the roof strata subject to tension, and coal wall caving and pressure increasing, so need the hydraulic support of large supporting capacity, good stable performance and large tension advancing jack. The mining results show that before the upward inclined mining the working face first oblique, add prevent support slipping and falling device. Implement advancing support, lifting scraper conveyor, padding middle trough, coal winning machine is adjusted central feed way, labor organization carry out comprehensive work segmented operation, and strengthening the end supporting, can safely pass through local upward mining period.

Key wordsLocal overhead mining; Analysis of rock pressure; Mining countermeasures; Technology application

中圖分類號：TD823.21

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)08-0031-04

作者簡介：張興堯(1975—)，男，山西懷仁人，1997年畢業于山西礦業學院，助理工程師，主要從事采煤技術管理工作(E-mail)1848697450@qq.com

收稿日期：2015-06-28