俯偽斜柔性掩護支架采煤工作面技術(shù)的應(yīng)用與管理

方旭華 張勝軍

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

俯偽斜柔性掩護支架采煤工作面技術(shù)的應(yīng)用與管理

方旭華 張勝軍

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

由于傳統(tǒng)支架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作困難、故障率高，而俯偽斜柔性掩護支架采煤法的應(yīng)用，能夠為采煤工程提高經(jīng)濟效益，具有技術(shù)、安全與效益上的明顯優(yōu)勢。本文探討了該采煤技術(shù)的應(yīng)用，以及應(yīng)用過程中相關(guān)問題的管理，以供參考。

俯偽斜柔性掩護支架；采煤；應(yīng)用

引言

急傾斜煤層的開采施工中，俯偽斜柔性掩護支架采煤技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，該工藝具有技術(shù)含量高、適應(yīng)性強、安全系數(shù)大、勞動強度低、煤炭回收率高等優(yōu)勢，為采煤作業(yè)解決了許多困難和問題，對采煤作業(yè)效率和安全都具有不小的影響，而通過俯偽斜柔性掩護支架采煤工藝，能夠進一步提高煤礦井下作業(yè)高效安全性。

1 俯偽斜柔性掩護支架采煤工藝

1.1 基本原理

急傾斜煤層的基本性質(zhì)一般都不太穩(wěn)定，而且煤層條件較為復(fù)雜，在開采作業(yè)中形成較大的作業(yè)難度。由于煤層作業(yè)面的傾角很大，支護支架所能提供的支撐力較小，因此需要對支架可靠性進行全面考量，目前常用的技術(shù)為俯偽斜柔性掩護支架采煤法。

該方法的施工技術(shù)原理，是將開采工作面，設(shè)計布置成偽斜直線，通過利用一定的結(jié)構(gòu)部件形成掩護支架，實現(xiàn)對回采工作空間的遮掩，從而保證開采施工不受空間頂部冒落碎石的影響。俯偽斜柔性掩護支架采煤法，是我國在開采急傾斜煤層過程中廣泛應(yīng)用的，具有經(jīng)濟合理、安全可靠、操作簡單等特點的煤礦采煤工藝。

1.2 使用條件與優(yōu)缺點

1.2.1 適用條件

俯偽斜柔性掩護支架適用于煤層的賦存條件較為穩(wěn)定，采空區(qū)的水患問題不嚴重，煤層的傾角通常在40°以上，而煤層的厚度則超過1.2m煤礦開采。

1.2.2 優(yōu)點

①該支架的架設(shè)為集中一次性投入，一套支架能夠反復(fù)使用，即便出現(xiàn)損傷也容易進行加工修復(fù)；②該支架的采煤法開采技術(shù)和工藝相對簡單；③相較于其他的急傾斜煤采煤法，此方法所需要的輔助巷道少，也不要求高掘進率，從而有效緩解了通風管理問題；④不需要管理采空區(qū)，解決了急傾斜煤層頂板難以管理的問題；⑤降低了工人的勞動強度；⑥煤炭的回采率高；⑦可以實現(xiàn)連續(xù)均衡生產(chǎn)，且維持較高的產(chǎn)量；⑧作業(yè)人員可以在掩體中進行作業(yè)，這樣保證了安全性；⑨坑木的消耗較少。

1.2.3 缺點

①這種采煤法比較難以適應(yīng)煤層的賦存條件會發(fā)生較大變化的工作面；②其作業(yè)的空間較為狹小；③支架的后方容易出現(xiàn)漏風，對于瓦斯的管理較為困難；④粉塵較大；⑤工作面如果出現(xiàn)水患，不容易進行治理；⑥對于煤質(zhì)的管理難度較大，不便于進行工作面選矸；⑦火藥雷管的消耗高。

2 俯偽斜柔性掩護支架采煤方法的應(yīng)用

2.1 施工關(guān)鍵要領(lǐng)

①偽斜坡的坡度通?？刂茷?0°左右，其上下誤差不超過3°；②為確保柔掩支架整體均勻推進，每班開幫進度、開幫長度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況決定；③打眼角度和深度，需根據(jù)支架情況調(diào)整，放完炮后，工作面煤壁成地溝形狀，架頭緊扣煤壁，架腳懸露；④柔掩支架應(yīng)緊貼頂板推進，若煤層較硬可以留頂煤開采，寧爬勿仰；⑤初采期間嚴禁放底煤或頂煤，確保支架后有足夠的墊層；⑥風道編架必須挖掘地溝，以確保上出口斷面和工作面與風道交岔口圓弧過渡；⑦杜絕工作面多眼段開采，便于煤壁管理、支架管理、放炮管理、通風管理。

在城市規(guī)劃中，公共空間和房屋政策是城市規(guī)劃的重要組成部分。但是這兩個方面的規(guī)劃，都忽視了文化發(fā)展對多樣性的需求。首先，在大規(guī)模建造的“文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)軟件園區(qū)”、“陶瓷文化園”“旅游產(chǎn)業(yè)園”這一類公共區(qū)域時，無形中剔除了產(chǎn)業(yè)的多樣性，將文化產(chǎn)業(yè)與其他行業(yè)用地域邊界物理隔離，使許多文化創(chuàng)意即無法與其他行業(yè)相融合，也無法與城市人群共享。其次，在上個世紀90年代城市內(nèi)部“大亭子、大公園、大廣場”等公共空間的建設(shè)過程中，往往忽略城市不同區(qū)域人口密度、人口結(jié)構(gòu)，使得許多公共用地只能服務(wù)一類人群，作用不強。

2.2 俯偽斜柔性掩護支架采煤工藝的實際應(yīng)用

2.2.1 采煤工程概況

某煤礦可開采作業(yè)煤層基本屬于中厚煤層和急傾斜煤層，主要的開采煤層有C1，C3以及C5，其中C1的平均煤層厚度在1.06m左右，C3的平均煤層厚度在0.82m左右，C5的平均煤層厚度在1.90m左右，三個煤層的平均作業(yè)傾角為78°。

在該煤礦的開采過程中，應(yīng)用了俯偽斜柔性掩護支架采煤工藝，不僅使得回采效率大幅提升，還有效降低了作業(yè)量，削弱了瓦斯事故的風險使煤礦開采逐步轉(zhuǎn)向集約增產(chǎn)、經(jīng)濟高效的現(xiàn)代化作業(yè)。

2.2.2 實際應(yīng)用

（1）回采。該煤礦的回采環(huán)節(jié)主要包括了落煤、鋪設(shè)溜槽、安裝支架、下放支架以及回收支架等流程，作業(yè)面的具體布置如圖1所示支架移動軌跡線。根據(jù)采煤作業(yè)面布置就可以看出，俯偽斜采煤工作的傾角由原本的 78°左右，減小到 30°。

圖1 采煤作業(yè)面布置示意圖

（2）落煤。落煤作業(yè)一般是在煤層上爆破打眼，然后進行采煤運輸?shù)氖┕し绞健嶋H施工中，要求在俯偽斜作業(yè)面上布置鐵皮溜槽，使采出煤塊可以自動下滑，并保持作業(yè)面與地面呈30°角。

（3）支架安裝。安裝支架可以分為制作和安裝兩個環(huán)節(jié)。

①制作環(huán)節(jié)，掩護支架的基本形式主要是鋼絲繩和鋼梁組成的，目前有部分煤礦企業(yè)對該技術(shù)進行了改進，創(chuàng)新開發(fā)出了液壓掩護支架，但是實際應(yīng)用和效果還需要進行驗證。在該煤礦，主要使用了11＃工字鋼進行支架制作，基本形狀主要有“7”型和“C”型其中在C1和C3煤層主要使用了“7”型支架，而在C5煤層主要使用了“C”型支架。

②從采煤作業(yè)區(qū)域的邊界處進行切眼時，可以對回風順槽進行增擴，使其斷面達到設(shè)計要求。完成增擴之后，應(yīng)該在回風順槽中及時架設(shè)掩護支架。由于煤柱的冒落，在形成2～3m厚度的巖石層之后，可重新調(diào)整支架，使其與水平面的夾角為30°，在完成以上程序后，即可進行回采施工的準備工作。回風順槽的掩護支架采用的是“C”型支架，其具體的布置形式如圖2所示。

圖2 回風順槽掩護支架布置示意圖

③此處回采作業(yè)的作業(yè)面應(yīng)該按照30°俯偽斜角進行推進，直到架頭下停止采煤作業(yè)。該過程應(yīng)當在掩護支架的保護下進行。頂板使用全部陷落法進行管理，采空區(qū)使用掩護支架進行分割。值得注意的是，作業(yè)面上的掩護支架向前推進的同時，回風順槽上的掩護支架需要不斷進行接長，而作業(yè)面下方的掩護支架則需要不斷進行拆除，并且將拆除的掩護支架從溜煤小眼中下放到運輸順槽，然后將其裝入材料車，再通過軌道運輸?shù)缴戏交仫L順槽。

在作業(yè)面尚未達到終采線時，需要在作業(yè)面一側(cè)開掘收尾眼，眼距為10m，并且在俯偽斜面使用聯(lián)絡(luò)平巷在20～25m的范圍內(nèi)進行連通，當回風順槽不再需要接長掩護支架時，就通過收尾眼下放支架，最后在采煤作業(yè)完成后拆除全部掩護支架。

3 俯偽斜柔性掩護支架采煤施工問題的管理

3.1 采面參數(shù)的確定

俯偽斜柔性掩護支架采煤法的使用中，對于施工采面參數(shù)的選擇，受到原采區(qū)的開拓系統(tǒng)布置所限制，采面段的高通常在30～60m之間，最大段可以高達110m，斜長在220m以上。區(qū)段高將會決定采煤工作面的長度，而工作面長度則需要依據(jù)實際的開采條件、生產(chǎn)要素以及管理水平等各方面因素進行確定。例如：斷層問題，煤層賦存狀況，開采隊伍素質(zhì)，工作面水文條件等。如果工作面的段高難以調(diào)整，還可以適量增加與采面反向斜坡之間的角度，達到調(diào)整工作面斜長的目的。通常情況下，要求工作面的斜長為1個圓班走1個正規(guī)循環(huán)。

3.2 上隅角瓦斯超限管理

當該支架采煤工作面的長度增大時，將有利于進行多點開采，提高工作面單產(chǎn)，但同時也可能導(dǎo)致上隅角出現(xiàn)回風瓦斯超出限值的狀況。造成這種狀況的原因主要是以下幾點：①鋪設(shè)于支架上的墊層，出現(xiàn)局部的偏薄或放空，導(dǎo)致采空區(qū)漏風，從采空區(qū)帶出大量瓦斯；②由于采面較長、采煤點較多，破碎煤體會釋放出大量的瓦斯；③由于工作面長，煤層中會釋放許多瓦斯。

針對這種情況，需要在采面風巷的每30m掘頂板石門，設(shè)置抽放鉆場，使用鉆機向工作面采空區(qū)的打順層進行鉆孔，抽放瓦斯。注意使鉆孔平行于煤層，并布置在煤層開采后所形成的頂板裂隙帶內(nèi)，如果超過采面上拐點l0m以上，且風巷中鉆孔可以沿著煤層頂板，順層上斜、下斜進行布置（見圖3），即可有效解決風巷和上隅角瓦斯超限的問題。

3.3 工作面作業(yè)空間控制

圖3 柔性掩護支架采面及抽放鉆孔布置

加大工作面的斜長后，將會延長工作面的循環(huán)時間，下段支架的壓力長時間作用于煤墻，并反復(fù)遭受放炮震動和支架運動多向力作用，導(dǎo)致工作面下部段作業(yè)空間變小，不利于通風、行人和下煤。應(yīng)當以每大班1個循環(huán)的作業(yè)方式，來確定工作面?zhèn)涡遍L度，利用超前掘反向偽斜坡，劃分工作面，這樣既能夠解決以上問題，還有利于多點采煤的實施，提高單產(chǎn)。

3.4 工作面涌水問題管理

在急傾斜的裸露半裸露地段、松軟煤層等，非常容易出現(xiàn)抽冒，造成地表塌陷，致使大氣降水通過陷落坑，進入采空區(qū)的工作面，對工作面采煤生產(chǎn)和煤炭的運輸產(chǎn)生較大影響，在管理不當時，易造成煤泥流事故。針對這種情況，目前采取的辦法是事先分析煤層的松軟易抽冒情況和煤層頂、底板情況，在布置工作面時，應(yīng)當適當在機巷往風巷中，設(shè)置與工作面的推進方向相反的下煤斜坡，斜坡間距由工作面煤層的厚度、涌水大小等因素來決定，一般為1個小班推進作業(yè)工作面長度，即30～40m。3.5采面收作系統(tǒng)布置與方法

采面收作通常受地質(zhì)條件影響，通常采用的收作辦法均需要挖掘很多巷道和斜坡，因而維護困難，施工難度大，危險性高，增加開采成本。目前新研究出來的收作技術(shù)是無眼收作，即是在收作位置，設(shè)置底板巖石斜巷，一定距離揭開煤層，布置與工作面反向的平緩斜坡，隨工作面的推進在平緩斜坡中裝支架，以解決收作通風系統(tǒng)和支架下落問題，克服了松軟煤層易抽冒引發(fā)的不安全隱患，少掘巷道降低了掘進率和支架受積壓的問題。

4 結(jié)語

俯偽斜柔性掩護支架采煤技術(shù)由于其施工、質(zhì)量、效益等方面的優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用，而在實際運用過程中，必須注意加強對于工作面操作環(huán)節(jié)的管理，嚴格進行質(zhì)量管理，規(guī)范操作，從而達到確保采煤工程安全可靠的目的。

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2016-1-21