π型鋼梁放頂煤技術在急傾斜厚煤層的應用

王延新

（密山市煤炭調運管理辦公室，密山市158300）

放頂煤開采技術是厚煤層采煤技術的發展方向，同分層開采相比，具有顯著的技術經濟優勢。但放頂煤技術的推廣受到很多因素的制約。π型鋼梁放頂煤開采技術在傾斜煤層已獲得成功[1]，但在急傾斜煤層中尚未嘗試。在研究中稷煤礦急傾斜厚煤層開采方案時，反復論證，大膽創新，最后決定采用π型鋼梁放頂煤一次采全高技術實行開采試驗。

1 工作面概況

左三工作面位于-200m水平，上限標高-195m，下限標高-230m，走向長372m，傾斜長47m，煤層傾角 45°～53°，煤厚 4.6～7.0m，平均厚度 5.8m，煤層結構簡單。除頂層有一層硬煤，煤體較松軟，屬穩定煤層。直接頂為0.6m厚粘土巖，老頂為8.5m厚中細砂巖，煤層自燃發火期3～6個月，瓦斯含量3m3/t，煤層無突出危險性，煤塵具有爆炸危險性。

2 采煤工藝和技術參數

采煤工作面支護形式采用兩梁六柱對棚支護，主副梁均為三柱，支架選用長2.4m的π型鋼梁配合DZ22-30/100型單體液壓支柱，支架垂直煤壁回采線排列布置，組間距為0.7m(中-中)，最大控頂距為3.6m，最小控頂距為2.4m，采高1.9m，采放比為1∶2，采用多輪次順序放煤，循環放煤步距為1m。回采工藝：風鎬落煤→找頂、鋪聯網→背頂→移主梁→臥底支柱→自溜出煤→移副梁（放頂）→剪網放煤→補網堵放煤口→清理工作面、漫底[2]。

3 開采試驗中采取的主要安全技術措施

3.1 采用偽俯斜開采

根據礦井急傾斜煤層傾斜分層開采和傾斜煤層采用組織鋼梁放頂煤開采的經驗，確定采用偽俯斜開采。在試驗中，通過不斷調整偽俯采角度，進行放煤技術效果分析，最后確定工作面偽俯角選擇22°～32°較為適宜，最有利于安全管理[3]。

3.2 頂底板管理方面措施

由于煤層傾角大，即便采用偽俯斜開采，工作面傾角仍達40°～46°，作用在支架上壓力相對較小，支架穩定性較差，容易傾倒。因此，加強頂底板管理尤為重要。分三班對同單體支柱壓力進行監測，對壓力達不到50KN的支柱進行二次補壓。如仍達不到要求的支柱采取接頂、穿木鞋、增設抗柱及順山抬棚等有效加強支護措施。支架全部采用一梁三柱支護，采高控制在1.9m以下，所有支柱必須緊跟煤層底板，且矸子柱窩不少于100mm。移梁放頂前對老塘側支柱進行二次加壓增強抗推倒能力。放煤前在放煤口增設一架順山木棚加強支護。工作面所有支柱拴防倒繩，卸載壞柱及時更換。工作面底板留有不少于300mm厚的余煤護底，且每個柵檔內采用塘材制品漫底，防止支柱失腳，工作面抽底。加強工程規格質量，支柱垂直頂底板支護，迎山有勁。對頂空處必須用老料和塘材接頂至實碴，防止冒頂垮棚。

3.3 提高回采率措施

左三煤層頂層有一層厚0.8m左右的硬煤，在移梁時不能及時冒落，且冒落時呈大塊狀，易堵塞上面軟煤，給老塘放頂煤帶來一定困難。在開采初期，由于硬煤影響，煤炭回收率僅70%，大量硬煤丟失在老塘，不僅造成資源浪費，而且對防火極為不利。為此，沿走向每隔80～100m從機巷沿煤層頂板按正傾斜方向施工一條馬道貫透上風巷，并在上風巷對頂煤實施高壓注水。不僅釋放了煤體內應力，較好地使煤體預裂破碎，而且濕潤了煤體，減少了放煤時煤塵。另外，放煤時對大塊矸石和大塊煤采用風鎬進行破碎。實踐證明，這種方法效果良好，回采率達到90%以上。

3.4 自然起火防治措施

根據急傾斜煤層開采上履巖層的運動規律，工作面老塘上部空間積聚各種氣體，老塘內遺煤容易自然起火。為此，在工作面上風巷頂板側上方沿走向每隔80m施工一個鉆窩，打一組頂板走向鉆孔對老塘上部進行采后注漿。同時在上風巷埋地管灌漿。另外，還在工作面上隅角安裝一臺CO監測探頭進行全天候監測，定期取樣化驗。

4 技術經濟效查分析

4.1 技術優勢明顯

(1)一次性采全高減少了兩個工作面回采巷道的掘進量，降低了萬噸掘進率，縮短了回采時間，解決了生產接替緊張的矛盾。

(2)由于上下風巷沿煤層底板掘進，巷道支護壓力小，大大減少巷道維修量，保證通風行人運輸斷面。

(3)工作面使用π型組合鋼梁，支架整體性好，有利于頂板管理，減少了頂板事故的發生。

(4)采用單體支柱支護跟底回采，減少了支柱鉆底量和頂板下沉量，有利于回柱，便于提高回采進度，有利于防火。

4.2 經濟效益顯著

π型組合鋼梁一次性放頂煤與分層開采技術經濟比較，見表1。

表1 兩種開采方法經濟比較Table 1 Economic comparison of two mining methods

從表1數據比較即可看出放頂煤一次采全高效果明顯，另外運輸設備費用、巷道維護費均比分層開采節約2/3。

5 結束語

(1)急傾斜煤層在采取一定措施后可采用放頂煤工藝一次采全高，技術優勢明顯，經濟效益可觀，安全保障可靠。

(2)急傾斜煤層放頂煤工藝由于偽俯角偏大，放煤時老塘矸石下沖嚴重，造成頂煤放不盡，降低了回采率，且放出矸石容易飛竄，增加了安全管理的難度。

(3)放頂煤工藝有利于頂板管理，徹底解決了支柱跟底的分層插底問題，工作面壓力顯現較分層開采有所降低。

(4)在老區不適合上機械化類似條件的急傾斜煤層，可推廣應用該開采技術。

［1］徐永圻.煤礦開采學［M］.徐州：L中國礦業大學出版社，1999.

［2］張榮立，何國偉，李鐸.采礦工程設計手冊［M］.北京煤炭工業出版社，2003.

［3］寧諒，宇齊元，段瑜.煤礦回采工作面礦壓與頂板管理探討［J］.現代商貿工業，2009,（5）：293～294.