偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤工藝在急傾斜煤層開采應(yīng)用

渠 冰 朱昌元

(山東公信安全科技有限公司，山東 棗莊 277100）

1 偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤工藝基本原理

在現(xiàn)代煤炭開采工藝中，偽傾斜鋼絲繩+工字鋼組合柔性掩護(hù)支架采煤工藝是指在開采急傾斜煤層時，根據(jù)煤層賦存條件和煤層走向，沿偽傾斜布置采煤工作面，變急傾斜65～80°工作面為偽傾斜25～30°的工作面，采用鋼絲繩+工字鋼組合成柔性掩護(hù)支架支撐頂板，沿煤層走向推進(jìn)的采煤方法。通常情況下急傾斜煤層多為極不穩(wěn)定的復(fù)雜煤層，由于煤層傾角大，按照普通采煤工藝架設(shè)支架十分困難，支架的穩(wěn)定性無法保證，甚至支架無法架設(shè)，支撐力更無法保證。通過改進(jìn)工藝采用偽傾斜鋼絲繩+工字鋼組合柔性掩護(hù)支架，支架的穩(wěn)定性有了保證，支撐能力有了改善，極大地降低了頂板事故。偽傾斜鋼絲繩+工字鋼組合柔性掩護(hù)支架采煤法，是我國開采急傾斜煤層的一個創(chuàng)舉,它已經(jīng)成為我國開采急傾斜煤層的一種重要的采煤方法。

2 偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法開采過程中局限性

偽傾斜鋼絲繩+工字鋼組合柔性掩護(hù)支架采煤法在開采急傾斜煤層時，由于煤層傾角大，采煤工作面使用的掩護(hù)支架結(jié)構(gòu)固定，在下放過程中，對煤層厚度、傾角等產(chǎn)狀變化的適應(yīng)性差。同時，支架對垂直頂板巖層的支撐力減小，沿層面方向的力加大，頂?shù)装逡谆洌舨擅汗ぷ髅嬷ёo(hù)強(qiáng)度不夠或支護(hù)質(zhì)量不良，支架棚腿易內(nèi)移、折損，巷道易發(fā)生片幫、冒頂。井田內(nèi)由于斷層構(gòu)造的存在，各類斷層對礦井開拓布局和工作面回采有較大的影響，斷層使巷道開拓布局受到限制，有時巷道還會穿越這些構(gòu)造帶，回采工作面有時也需要強(qiáng)行穿越部分?jǐn)鄬樱瑸椴删蛏a(chǎn)中的頂板管理增加了不利因素。開采時若頂板管理不善、過斷層措施不合理或未按安全技術(shù)措施施工，易發(fā)生片幫冒頂事故。

3 偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法常見問題

（1）采煤工作面安裝、初采、撤面安全措施執(zhí)行不好，支護(hù)強(qiáng)度不足，甚至空頂作業(yè)容易造成頂板事故；端頭處的最后回撤容易造成壓力集中，支護(hù)強(qiáng)度不足或支架失穩(wěn)有可能造成冒頂。

（2）采用偽傾斜鋼絲繩+工字鋼組合柔性掩護(hù)支架采煤法，發(fā)生冒頂事故較少，但是容易發(fā)生片幫。片幫的主要原因是：掩護(hù)支架偏斜后沒及時調(diào)架，支護(hù)材料檢修不及時或者檢修質(zhì)量不合格；支架空幫沒有用木料背實，或煤層厚度發(fā)生變化時沒及時更換梁架，空幫較大；掩護(hù)支架架尾隨工作面推進(jìn)未及時下臥，架尾上翹角超過25°；工作面撬腳、懸空、下墜、打褶的支架未及時處理，工作面支架間連鎖鋼絲繩出現(xiàn)多股斷絲或斷繩現(xiàn)象未及時進(jìn)行維修或更換。

（3）為了確保生產(chǎn)安全，在偽傾斜鋼絲繩+工字鋼組合柔性掩護(hù)支架的應(yīng)用過程中要經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)掩護(hù)支架偏斜或支架空幫沒有用木料背實后及時進(jìn)行處理，并且要每天對鋼絲繩卡進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)松脫及時擰緊，對斷絲超過規(guī)定的鋼絲繩進(jìn)行更換。

4 偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤工藝的實際應(yīng)用

4.1 福興集團(tuán)有限公司一礦地質(zhì)條件概況

福興集團(tuán)有限公司一礦位于山東省棗莊市嶧城區(qū)古邵鎮(zhèn)福興莊南，行政區(qū)劃隸屬于棗莊市嶧城區(qū)古邵鎮(zhèn)管轄。該礦采用立井開拓方式，劃分為1個生產(chǎn)水平，水平標(biāo)高-123m。礦井批準(zhǔn)開采2、3、14煤層，目前2煤層已開采結(jié)束，現(xiàn)開采礦井北翼3煤層和14煤層。該礦井田內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，斷層走向多以近EW或NE走向為主。以高角度正斷層為主，并有少量逆斷層。礦井內(nèi)共有發(fā)育斷層12條，其中：落差≥100m的6條，50m≤落差＜100m的1條，30m≤落差＜50m的3條，0m＜落差＜30m的2條。礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等類型。福興集團(tuán)有限公司一礦現(xiàn)開采的14煤4192采煤工作面煤層傾角約60～90°。老頂為砂巖，厚度為12m，灰白色，以石英為主，層面上含煤質(zhì)及植物干莖，直接頂為泥巖，厚度2m，深灰～灰褐色，含植物化石，直接底為泥巖，厚度2m，深褐色，含植物化石，具體情況見下表。

4.2 礦井采煤方法的選擇

在急傾斜煤層的開采中，可供選擇的采煤方法較多，但傳統(tǒng)的采煤作業(yè)方法在實際開采過程中遇到了不少難題，比如支架傾倒、人員滑落、煤巖滾落傷人等較多安全隱患，耗費了大量的人力、物力和時間，礦井回采效率低。福興集團(tuán)有限公司一礦根據(jù)本礦井地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存條件采用了偽傾斜鋼絲繩+工字鋼組合柔性掩護(hù)支架采煤工藝之后，不僅較多安全隱患得到治理，而且回采效率大幅提高。

表1 福興集團(tuán)有限公司一礦地質(zhì)條件

4.3 福興集團(tuán)有限公司一礦采煤工作面概況

4192采煤工作面為北翼14煤-203m標(biāo)高以上采區(qū)的第2個采煤工作面，工作面上部為4113工作面采空區(qū)，下部為未采實體煤，14煤層上距已回采結(jié)束3煤層平均約130m。該工作面開采標(biāo)高范圍為-133～ -192m，煤層傾角60～90°，平均75°，煤層平均厚度3.0m。

工作面范圍內(nèi)14煤層賦存穩(wěn)定，煤層結(jié)構(gòu)簡單。頂板為八下石灰?guī)r，平均厚3.0m，巖層緊固穩(wěn)定，抗壓強(qiáng)度大，易于控制；底板為平均11.6m厚的泥巖，遇水軟化。工作面沿煤層走向布置，走向長度800m，采煤工作面沿煤層偽斜布置，偽斜傾角25～30°，偽斜長度118m。

4.3.1 工作面巷道布置

4192采煤工作面布置上、下平巷，上平巷為-133m標(biāo)高的4133平巷，下平巷為-192m標(biāo)高的4192平巷。兩巷道均沿14煤層走向布置。

4133平巷為梯形斷面，11#工字鋼棚支護(hù)，巷道上凈寬1.6m，下凈寬2.6m，凈高2.0m，凈斷面積4.2m2，巷道內(nèi)鋪設(shè)軌道，礦車運輸，用于工作面回風(fēng)、行人和輔助運輸。

4192平巷為矩形斷面，錨網(wǎng)+鋼筋梯形梁支護(hù)，巷道凈寬2.2m，凈高2.2m，凈斷面積4.84m2，用于工作面進(jìn)風(fēng)、行人和原煤運輸。巷道內(nèi)鋪設(shè)刮板輸送機(jī)，通過立眼與下部的4203平巷相通，原煤由4203平巷的礦車運出。工作面布置示意圖見下圖1。

4.3.2 采煤方法與工藝

4192采煤工作面采用偽傾斜鋼絲繩+工字鋼組合柔性掩護(hù)支架采煤法，炮采工藝，后退式開采，工作面采用單體液壓支柱輔助支設(shè)偽傾斜鋼絲繩+工字鋼組合柔性掩護(hù)支架自行下放式頂板管理，掩護(hù)支架每次的下放步距為0.8m，隨工作面推進(jìn)隨下放支架，全部垮落法管理采空區(qū)。

工作面采用爆破配合手稿落煤，平均采高1.0m，循環(huán)進(jìn)尺0.8m。工作面底板挖設(shè)溜煤地槽，鋪設(shè)搪瓷溜槽，爆破落煤后人工攉煤至溜槽內(nèi)，原煤自溜至工作面下部的4192平巷刮板輸送機(jī)，經(jīng)溜煤小眼溜至4203平巷的礦車內(nèi)。

圖1 采煤作業(yè)面布置示意圖

根據(jù)4192工作面煤層賦存情況使用DZ12-300/100、DZ22-300/100型單體液壓支柱配合11#工字鋼焊接成的多邊形（“八”字形，寬0.9m）掩護(hù)式支架支護(hù)頂板，各支架之間使用3條Φ24.5mm的鋼絲繩進(jìn)行連鎖，由U型卡攬固定，形成整體柔性掩護(hù)式支架。鋼棚與頂板間鋪設(shè)規(guī)格為1×2m的金屬隔離網(wǎng)，防止頂梁上部采空區(qū)向工作面漏矸。鋼梁排距0.125m（中-中），即每米安裝8排鋼梁。DZ系列單體液壓支柱額定工作阻力300kN，迎山角3～5°，間排距1.5×1.0m，液壓單體支柱間設(shè)防倒連鎖繩。掩護(hù)支架下放時使用單體液壓支柱支設(shè)單排點柱，間距1.5m，打在頂板側(cè)，且與底板側(cè)支架腿成三花布置。遇層理、裂隙發(fā)育、斷層等地段頂板破碎時，縮小單體支柱的柱排距加強(qiáng)支護(hù)。

4.3.3 端頭及超前支護(hù)

端頭支護(hù)：工作面上下端頭使用DZ22-300/100單體液壓支柱配合HDJA-1000型金屬鉸接頂梁支護(hù)，單體支柱間距縮小至1.2m，端頭支護(hù)與超前支護(hù)距離不大于0.5m。工作面下平巷保持3個小眼（溜煤、通風(fēng)、行人眼）。鉸接頂梁間增設(shè)單體液壓點柱配柱帽柱鞋支護(hù)。

超前支護(hù)：工作面上、下兩平巷超前支護(hù)長度均不小于20m，沿巷道走向布置兩排DZ22-300/100單體液壓支柱配合金屬鉸接頂梁（HDJA-1000型）支護(hù)，一梁一柱。工字鋼梁與鉸接頂梁間用半圓木背實，支柱間設(shè)防倒繩連鎖。柱距1.0m，排距1.2m。支柱初撐力不小于90kN。人行道寬度1.2m，巷道凈高度不低于1.6m，并有專人檢查維護(hù)。工作面兩回采巷道內(nèi)均存有足量的液壓單體支柱、鉸接頂梁和柱鞋、網(wǎng)片等備用支護(hù)材料。

5 結(jié)語

福興集團(tuán)一礦使用偽傾斜鋼絲繩+工字鋼組成的柔性金屬掩護(hù)支架采煤方法，實現(xiàn)了礦井安全、高效開采急傾斜煤層，這種工藝具有經(jīng)濟(jì)實用、安全性高的優(yōu)點，對有相同或相似地質(zhì)條件的礦井具有參考價值，可結(jié)合礦井自身情況，加以改進(jìn)應(yīng)用。