復雜傾斜煤層安全開采設備管控技術研究＊

王沖 高鵬 海青銳

（1.國家能源集團黃玉川煤礦，內蒙古鄂爾多斯 010300；2.中國礦業大學(北京) 能源與礦業學院，北京 100083）

0.引言

近些年來，隨著淺部煤炭資源的日益枯竭，煤礦開采開始向深部推進。深部開采環境愈加復雜多變，高地應力作用下的煤礦圍巖變形更加劇烈[1-3]。同時，隨著煤炭開采技術和機械設備的不斷升級，煤礦開采強度也在不斷增強[4-6]。在此背景下，煤礦各類事故的發生率也有所提升。調查分析煤礦安全類事故發現，支護不到位引發的事故占有較大的比例[7-9]，嚴重影響了礦井的安全高效生產。因此，必須重視礦井支護技術，以保證礦井安全高效生產。

1.工程概況

黃玉川煤礦井田東部二水平一盤區，南部臨近DF5斷層，背部鄰近DF6斷層。工作面平均推進長度為1200m，工作面長度為250m，煤層厚度8.4m～12.85m，平均厚度11.2m，容重為1.4t/m3。直接頂為厚度7m的細砂巖，老頂為厚度16m粗粒砂巖，直接底為泥巖。工作面位于上覆4#煤采空區下方，煤層間隙平均75m。

2.回風順槽“一梁六柱”支護

綜采工作面回風順槽回采處于上覆4#煤采空區下方，4#、6上煤煤層平均間隙75m且采動間隔時間短（不足一年），受二次采動影響，礦壓顯現非常劇烈，巷道變形量大（最嚴重區域頂底形變量超過2m），以往按照回采經驗，采用單體+柱靴（柱帽）支護，單體每排支護4根，支護強度偏小，主動支護效果較差，導致巷道變形量大，嚴重影響安全生產。針對回風順槽受二次采動影響、巷道變形量大，提出“一梁六柱”的支護方式，同時加大超前支護距離。具體為：采用π型鋼梁+單體支護，每排支護六根單體，排距為1m（間距為550mm、550mm、1100mm、550mm、550mm），巷道壓力大時可將排距減小為800mm，將超前支護距離增大為50m以上，有效主動的支護回風順槽頂板，顯著的減小了巷道形變量。

回風順槽單體主動支護強度較之前大大提升：原采用每排支護4根單體體時支護強度為0.065MPa，采用“一梁六柱”時單體支護強度為0.098MPa，支護強度提升1.5倍。（為方便計算，只計算單體的支支護作用，不計算原巷道頂板支護強度）。使用π型鋼梁支護可擴大單體作用范圍，實現使載荷趨于均勻。鋼梁將6根單體連接在一起，可均衡單體受力，共同形成組合支護系統，提高整體支護能力。

同時考慮回風順槽單體打設較多，打設難度系數大，一般單體重量均在100kg以上需要多人配合進行支設，費時費力且安全隱患較多，礦回風順槽坡度為12°～16°，最大坡度達18°，在坡度段時支設難度尤為突出。為有效解決該問題，我們自行研究設計了自移邁步式單體支護車，該單體車通過使用廢舊閥組、工字鋼及液壓油缸，利用閥組集中控制液壓油缸伸縮運動的特性，設計制作了集邁步移動、存儲及支護單體于一體的自移邁步式單體支護車，有效保障作業人員的人身安全解決了坡度段支護時單體容易倒落傷人的安全隱患；同時因使用單體車固定、調整單體的支設位置，大大減輕了人員的作業強度和難度，同時《單體支護車》項目榮獲2017年度國家實用新型專利。

3.支架防倒方案

3.1 一般倒架

（1）快速降低采高，減少支架重心高度；出現頂板破碎、倒架時保證支架采高不大于3.6m；

（2）調整支架側護間隙，選擇在支架間隙較大的支架處開始扶架，由上向下進行排開支架頂梁間隙，使倒架區域支架有可扶架的空間；

（3）同時使用頂梁+尾梁側護板進行扶架，兩人配合操作，收上架側護打本架側護；

（4）密切關注前溜的上竄下滑情況，每刀煤由機頭共根據前溜至副幫的距離判斷運輸機是否上竄下移，重點關注工作面推拉桿及推拉頭擺動趨勢，發現竄動苗頭，及時采取加甩刀方法控制運輸機竄動。

3.2 嚴重倒架

（1）若支架側護板存有間隙：從頂板完好區域開始由下向上拉架，收上架側護打本架頂梁+尾梁側護，拉完本架后側護板手把不要回，保證倒架區域側護板逐架頂緊，防止倒架加重；

（2）若支架側護板無間隙：選擇在支架間隙較大的支架處采用煤機輔助扶架（注意幅度，嚴禁損壞煤機、支架配件），由上向下進行排開支架頂梁間隙，使倒架區域支架有可扶架的空間；排出間隙后采取上述（1）方法進行扶架；

（3）適當調整架形使支架尾梁向機頭方向擺放（使用底調油缸），頂梁向機尾擺放，加大頂梁有效接頂面積，從而減少頂板對支架的翻轉力矩；切記不能大范圍調整架形，否則會加速運輸機上竄，導致大面積倒架。倒架區域頂板完整后及時調正架形（支架與煤壁垂直），防止由于架形出現的運輸機竄動；

（4）加強工作面工程質量，保證工作面平直，底板平整無臺階，防止由于坑包導致的倒架；

（5）設備問題必須處理，重點時支架動作慢和側護爆管的，防止影響扶架效果。

4.大坡段各類備件防倒防滑方案

4.1 工作面防倒、防滑措施

由于工作面傾角大，最大坡度達18°，而且受架間噴霧以及沖洗支架等原因影響，常常導致支架腳踏板濕滑，人員在架間人行通道行走時存在較大安全隱患。為此，利用廢舊網片加工腳踏板防滑網，大大增加了腳踏板摩擦力，并在支架立柱上安設扶手，避免了人員行走時出現滑到摔傷等現象，有效杜絕了安全隱患。

4.2 兩順槽防物件滾輪措施

工作面為俯采工作面，兩順槽下坡坡度在12°～16°，為了防止物件滾落導致的人身傷害事故發生，礦制定大坡度防物件滾落制度，制度中要求所有物件必須使用小鏈或防倒鉤一段頭固定在物件上，一段頭固定在巷道幫網或錨桿上，同時要求在坡度段每隔20m安設防物件滾落裝置一個，并加大日常管控力度，有效杜絕了物件滾落導致的傷害。

5.結語

在工作面回采過程中，該礦結合實際總結經驗提煉出一套俯斜采工作面支護方案，實現了俯斜開采煤層實質性突破，通過管控好回風順槽巷道變形量、工作面運輸機竄動、液壓支架防倒及倒架處理、各項大坡度作業管控等各項工作，有效解決了各種回采難題，改善了礦工工作環境，減輕了員工的勞動強度，確保煤礦的安全生產。俯斜工作面取得的成效對該區域俯斜采煤層的安全高效開采提供了一定的指導意義。