急傾斜中厚煤層中等穩定頂板柔性掩護支架采煤法設計及研究

王健

摘 要：對柔性掩護支架采煤法在急傾斜中厚煤層堅硬頂板工作面中的應用進行了設計、研究，取代木支護降低成本，為提高煤炭回采率、工作面單產、開采的安全穩定及減輕勞動強度。

關鍵詞：急傾斜、中厚煤層、中等穩定頂板；柔性掩護支架采煤法；研究；設計

1 概況

1.1工作面情況

向陽煤礦十一井59#煤層，厚度1.8～2.2m，傾角為500～540，直接頂為3.0m粉砂巖。該煤層頂板較完整，無明顯周期壓力及初次壓力顯現，該區域煤層賦存穩定。由于該層頂板易冒落，所以掘進時采用1m一組錨索進行管理頂板。工作面走向300m，傾斜長度50m，地質儲量3.6萬t，該工作面為低瓦斯煤層，涌水量較小。

1.2工作面巷道布置

采面布置偽傾斜柔性掩護支架采煤法，采煤工作面是直線形，按偽斜方向布置，沿走向推進，該采煤方法區段高度取決于煤層傾角、沿傾科變化情況以及采煤技術條件。工作面上下巷正傾斜在距離50m左右，工作面偽斜后長度為70m。區段運輸巷和回風巷掘到邊界后，距采區邊界5m處掘進一對斜巷，兩巷相距5-8m，并沿傾斜方向每隔10～15m用聯絡巷貫通。斜巷貫通回風巷后，在回風巷安裝掩護支架。利用這兩條斜巷逐步把水平鋪設的掩護支架。下入到與水平面呈30～35°夾角偽傾斜位置，即完成偽傾斜采煤工作面布置。

2 回采工藝

2.1落煤

根據煤層硬度、厚度和采場周圍壓力情況布置炮眼，采用打排炮形式，每排3個眼，排距 1.0m，眼深不大于1.2m，藥量每眼3管藥0.45kg。

2.2攉放煤

采用人工攉放煤，按由下向上的順序鋪溜子板并逐段扒煤，煤經溜子板溜到溜煤眼。

2.3調整下放支架

隨著出煤支架在自重和上部煤矸的壓力作用下逐步下降，此時派專人對支架進行調整，利用支橫撐和立撐對支架進行有目的控制。主要近控制它的沉降速度、沉降位置及支架形態。

2.4拆除延續支架

一個循環完成后，要拆除下倉頭部分支架，保持尾架長度為5m。拆下來的支架運至上倉頭續接。

2.5取渣充填

工作面每推進1-2個循環時，檢查上倉頭渣層厚度，如上倉頭厚度符合規定的情況下，可不取渣，如渣層不足時則必須在上巷取渣充填一次，確保渣層厚度不小于5m。

3 工作面的支護

根據實際揭露煤層狀況選用適宜的柔性掩護支架進行支護（支架寬度為大于煤層平均厚度0.2m），支架間使用背板背緊，采用4根直徑≥32mm的鋼絲繩將支架連接成一個整體，由此將采空區的矸石與采場空間隔開。

1）設計“八”字型支架，主要由礦用12#工字鋼、螺母、襯板、鋼絲繩組成，本工作面采用2.0×0.2m的支架，四根∮32鋼絲繩牽引。安裝時，上巷長度不小于2m，下巷尾部不大于5m，便于回收。

2）支架間距140mm，每0.7m五部支架。安設回采時，配合架內使用DZ1.8—1.8/G100單體支柱及瑭池溜槽。

3）支架安裝好后，架內打單排點柱，點柱打在煤壁底根側，走向間距1.4m，支柱支設必須牢固可靠，每棵支柱必須設有牢固可靠的防倒繩；支柱防倒繩每班必須檢查，發現磨損、損壞必須更換。

4 回采工作面頂板管理

1）采空區處理：采用自然垮落法。

2）采面內必須支設邁步支撐以保證支架正常行走，邁步支撐有兩種形式，即橫撐和立撐，主要控制支架的沉降速度、位置及形態。

3）支架在行走過程中，不得離開頂板，若柔掩支架的架頭離開頂板或頂板破碎時，邁步支撐間距不大于1m，在支架架頭支設立撐，頂板破碎時劃背頂板。

4）擺架子時，鋼梁之間保持20～30mm的空隙，然后用螺栓和夾板將鋼絲繩和架子聯成一個整體，在支架鋪設上一定保證鋼梁垂直于頂底板鋪設。

5）支架在下放過程中，支架兩端不能懸空。如果發現有支架端頭懸空現象，其暴露長度沿走向超過1.0m 時，要立即用點柱或托板控制。發現梁頭有竄煤、矸危險的地點，要用巾幫柱和撞楔控制，并要插嚴背實。

6）在開采過程中，如因梁頭竄煤、矸石或其它原因生堵溝現象要進行處理時，應盡量采取自上而下的處理方法。如果需要自下而上進行處理時，必須用點柱及遮擋板控制，且1人工作，1人觀察。

5 需要解決注意的幾個問題

5.1支柱防倒問題

支架防倒采用9.3mm油絲繩作防倒繩，沿傾斜方向連接，把每組支架連成一個整體。每棵支柱設一個防倒繩與其相鄰上部支架活性連接。

5.2控頂區防矸石串入問題

我們在用柔性掩護支架回采前，工作面上方必須留5m緩沖渣層，防止采空矸石串入支架內。支架與支架連接空隙采用襯木板隔離。

6 柔性掩護支架采煤方法技術比較分析

1）將工作面傾角變緩，工作面較長，從而具有了緩斜、傾斜煤層走向長壁采煤法巷道布置和生產系統簡單、進率低的一些優點。

2）安全生產有保障。利用掩護支架這個整體剛性框架把工作面空間與采空區隔開，防矸石竄入大大簡化了復雜的頂板管理工作，為安全生產和三班出煤創造了良好的條件。

3）提高了資源的利用率，減少了留煤柱造成的資源損失。

4）有利于瓦斯管理。采用柔性掩護支架采煤法，實現了走向長壁式回采，通風系統合理，從根本上杜絕了采煤工作面瓦斯事故。

5）減輕了工人的作業強度。比大傾角單體液壓支柱工作面減少了單體支柱頻繁移串的工作量。柔性掩護架對該煤層可長期運用，支架靠自重自動前移，降低了木支護采煤方法頻繁選料、支護的勞動強度。

5）改革了采煤方法。使原來廢棄資源和難于開采利用的資源得到了回收，消滅了木支護。

6）安全效果好。柔性掩護支架采煤方法支護頂板的可靠性遠大于木支護采煤工作面，杜絕了局部冒頂、大塊矸石堵塞倉口，丟煤等現象，基本能杜絕頂板事故，實現消滅輕傷以上事故的目標。

7）正常生產后，降低了原煤生產材料費支出。

7 存在的問題

1）掩護支架的結構固定而不能調寬，對煤層厚度、傾角等產狀變化的適應性較差，特別是出現支架刮煤層底板時，處理較為困難。

2）目前，該采煤方法尚難實現機械化作業，工作面基本是單點出煤，限制了這種采煤方法各項技術經濟指標的進一步提高。

3）炮后支架有所下放，而浮煤不能及時外運，使架內空間變小，影響工作面通風，特別是高瓦斯煤層工作面炮后瓦斯易超限。

4）隨著采煤技術的提高，偽傾斜柔性掩護支架采煤法必將得到越來越廣泛的應用，某些限制生產及效率低的問題也會逐步解決。

總之，全方位推廣柔性掩護支架采煤方法，為國家采煤方法改革打下了堅實基礎。使用柔性掩護支架采煤方法，符合煤炭科學發展觀的求，資源回采率高，安全有保障，經濟效益好，并能夠提供出一些成功的經驗資料，為煤礦急傾斜煤層采煤方法的改革開辟了一條新的發展道路。

參考文獻：

[1]王慧杰. 急傾斜煤層走向壁式開采基本頂垮落規律研究[D].太原理工大學，2012.