淺談急傾斜煤層使用八字型柔性掩護支架采煤

□ 云南富源 宋桂芳

煤炭是能源安全的基石，煤炭是工業的糧食，煤炭資源的開采利用，對國民經濟的發展和人民群眾生活水平的提高，對工業的發展致關重要。但煤炭資源開采后不能再生，且煤炭生產是高風險作業，井下安全環境惡劣，特別是急傾斜煤層開采，難度大、安全系數低。為了提高安全效益和煤炭回采率，改變井下安全環境，隨著煤炭工業的科技發展，經過長期的總結、研究，井下采煤方法、采煤工藝不斷得到改進更新。急傾斜煤層開采技術也有新的突破，方法也較多。針對煤層情況，選擇合理采煤方法、采煤工藝是非常重要的。近年來急傾斜煤層采用柔性掩護支架采煤，已取得成功，得到了較好的經濟效益、安全效益。大河篆灣煤礦針對煤層賦存情況，多次論證，合理選擇八字型柔性掩護支架進行采煤。

一、篆灣煤礦M5煤層賦存情況

該煤層屬穩定煤層、結構穩定，煤硬度為1—1.5、采高變化不大、最大厚度2.2米、最小厚度1.8米，平均厚度2.0米，煤層厚度較穩定。煤層傾角在45°—65°，平均傾角在55°，屬于高瓦斯礦井，煤層頂板為泥質粉砂巖夾似層狀菱鐵巖，巖石硬度小，易破碎。偽頂厚0.2米—0.3米的泥巖，底板直接底為灰色泥巖，遇水易膨脹。

二、八字型柔性掩護支架的特點

1.柔性掩護支架機構簡單，用礦工鋼焊接或用油壓千斤頂冷壓彎曲而成。篆灣煤礦根據煤層厚度，煤層傾角選用11號礦工鋼制成八字型掩護支架，設計寬度為2米，用鋼絲繩、木板，螺栓夾板將支架連成一柔性整體，將采空區與操作空間隔開，人在掩護支架下作業，安全性高。

2.八字型掩護支架。采高h可以在0.3米―0.5米范圍內變化，以增大掩護支架下的工作空間高度。

3.偽傾斜柔性掩護支架工作面回采。支架裝好后直到工作面結束，不需支柱、回柱（而單體支護工作面存在），只需在移架后加頂柱，頂板回采垮落后推動支架，簡化了復雜的頂板管理工作，減少了繁重的體力勞動，安全可靠性增加，支護材料降低。

4.工作面通風簡單。回采煤沿工作面自滑運輸，同時也減少機電運輸設備。

5.偽傾斜柔性掩護支架。按煤層厚度進行設計制成，一次采全高，回采率達到90%以上，回采率高，噸煤成本低。

6.掩護支架安裝和拆除工作。在空間上能與工作面的正常采煤分開，三者可以平行作業，互不影響，采煤工藝簡單，可以實現三班連續破煤，單產高，經濟效果良好。

7.偽傾斜柔性掩護支架采煤法將工作面傾角變緩。工作面偽傾斜長度增大，巷道布置和生產系統簡單，管理方便，工作面連續推進時間長，搬遷次數減少，有利于安排工作面均衡生產，有利于發展采煤機械化。

8.不足之處。柔性支架的寬度在制作中已按煤層高度形成固定，對煤層采高只能在0.3米―0.5米范圍內變化。

三、偽傾斜柔性掩護支架的安裝、回采、收尾

1.安裝。安裝前，進行擴巷、挖地溝，先將工作面回風巷擴至煤層頂底板，從開切眼以外5米處開始挖倒梯形地溝，地溝深度不小于0.8米，安裝支架第一根應從距開切眼以外3米―5米的地方開始鋪起，其一端緊靠頂板，墊高0.2米―0.4米，使鋼梁與水平方向呈3度―5度，以便于支架、鋼絲繩連接，有利于支架下放。鋼絲繩、支架、方木用螺栓、柱夾板連接成整體，支架間距0.18米，每根支架必須用四根鋼絲繩連接起來。安裝工作沿走向推進15米后，方將回風平巷支架拆除，使上部煤矸垮落。保證掩護支架上有2米―3米厚墊層，以避免開采過程中大塊頂底巖石垮落砸壞掩護支架，若墊層厚度小于煤厚2倍以下時，應采用爆破方法強制獲取。為了防止掩護支架在下放過程中出現褶皺或變形，應使煤矸垮落點距偽斜工作面上部拐點的距離經常保持在5米以上，當掩護支架安裝水平長度達15米，就可以調放掩護支架，下放支架利用開切眼來完成。

2.回采。在掩護支架下進行破煤，隨著工作面的推進，同時要在回風平巷鋪設支架。在工作面下端掩護支架平位置撤出部分支架。掩護支架下采煤可采用爆破方式或風鎬方式，采取放炮爆破，炮眼深度不超出支架的兩端為限。工作面爆破后，自下而上鋪設溜槽，煤由溜槽自溜到眼口下部運輸巷裝車。隨著煤層的破落、清除，受頂板垮落推動，掩護支架會整體受頂板垮落推動，自動下落一定距離，每次控制在0.8米―1米，操作人員應隨時注意調整，使掩護支架落到預定位置（篆灣煤礦頂板易垮落，易達到）。一般在采點用頂住來控制掩護支架下落，每1.5米支設一根。使它在工作面中保持平直，支架正常行走。

3.收尾。偽傾斜掩護工作面推至停采線前，在停采線靠工作面一側掘進兩條收尾眼，兩眼相距8米―10米，沿傾斜每隔10米―15米用聯絡巷連通。掩護支架鋪設到收尾眼時，應停止鋪架，利用收尾眼，撤出上端多余的支架，使支架下放到回采處水平位置。在拆出掩護支架過程中應始終保持支架落平部分與運輸平巷不少于3個溜煤眼相通。以滿足通風、行人和拆架的需要，但最多不超過5個溜煤眼，避免壓力過大給拆除掩護支架造成困難。

四、柔性掩護支架回采易出現的問題及處理方法

1.工作面支架走到煤壁，支架必須按規定的傾角沿煤層均勻下放。發生壞頂、啃底、趴架、走架等必須調整及時。

2.在回采中煤層變厚，煤質變軟，易發生頂底煤片幫，造成支架失去支撐、懸空。利用支柱，撐木支柱及頂底板空間，逐步將支架下放到正常位置。

3.操作及管理不當。支架下放時產生扭斜，褶皺，使鋼絲繩受張力過大，繩卡松動、脫落，致使支架扭斜受力不均。若發生斷繩后，必須立即停止采煤，迅速用8米―10米的短鋼絲繩和8―12個繩卡將斷脫兩端連接好。在生產過程中，要注意檢查繩卡，螺栓是否擰緊，嚴重時對鋼絲繩進行更換，盡量保全工作面采深一致。

4.工作面頂底板破碎或煤層增厚或煤質松軟。支架頂端的煤炭垮落后，支架頂部與頂板間會出現部分空隙，支架上部頂板側采空區矸石會大量竄入，或由于爆破時，崩壞地溝兩側煤幫和頂底板，必須用斜撐支住支架，用方木、木板、笆片做成假頂堵塞，防止繼續滑矸。

5.支架過斷層或破碎帶。當遇有斷層，斷距大于1米，使煤層完全斷脫時，只能撤架，重新鋪設支架，若斷層斷距小于1米褶曲變化不大，可適當挑頂、破底，借助于留頂煤或底煤，調大支架仰角或俯角。經多次調整，可使支架處于正常位置。

6.支架過老巷。可以采取打立柱，斜撐支撐懸空支架和破碎頂板，撤出巷道中損壞支架。利用煤矸填滿底板空隙作為假底，并注意加強管理頂板，使支架安全通過舊巷。

五、應注意的問題

1.在傾角為45°―60°，厚度不同的急傾斜煤層中用。掩護支架下放容易發生事故，要求具有較高技術及管理水平。

2.工作面上隅角煤壁在5米范圍內。從0°平滑過渡到30度，嚴禁出現直轉角。

3.溜煤眼與工作面交岔處。眼口因壓力大支架易被壓壞，易發生冒頂，必須加強支護。

4.眼口處坡度應與工作面坡度一致。這樣，以便推進過程中不會發生皺架。

5.工作面尾必須及時回拆或走架到位。防止眼口暴露空間過大不易維護，拆架前必須將支架固定并打好支柱，將下幫關好，防止竄矸。

六、結束語

柔性掩護支架，在煤層賦存穩定、傾角和厚度變化較小、夾矸層較薄采用，既安全、又能使產量增大、噸煤成本較低，但柔性支架結構固定，在下放過程中，對煤層厚度、傾角等產狀變化適應性差，對斷層，有夾矸的煤層推進難道大。因此，柔性支架，必須選擇穩定煤層，進行開采。