關于急傾斜煤層下使用柔性掩護支架的采煤技術

高家禮

（云南省田壩煤礦，云南 曲靖 655407）

某礦務局煤礦井田為一不對稱的向斜構造，北翼為傾斜及緩傾斜煤層，南翼為急傾斜煤層。急傾斜煤層的儲量占礦井總儲量的一半左右，20多年來，采用八字形鋼梁組成柔性金屬掩護支架采煤法開采急傾斜煤層，取得了較好的經濟效益。

偽傾斜柔性金屬掩護支架開采急傾斜煤層工藝，組成支架的鋼梁有直線形鋼梁，八字形鋼梁，"〈"形鋼梁。直線形鋼梁組成的支架在回采過程中下放和管理難度較小，但煤層厚度較小時，架下工作空間較小。適用于賦存穩定、傾角大于60°（傾角小于60°時，支架下放困難，容易切入底板）、厚度在1.8～4.0m條件下的煤層。"〈"形鋼梁掩護支架和帶腿的"〈"形掩護支架，可以開采煤層賦存較穩定、構造簡單、傾角為45～65°、煤層厚度為4m左右的煤層。八字形鋼梁組成的支架在回采過程中架下工作空間較大，尤其煤層厚度較小時，更需要用八字形鋼梁組成的柔性金屬掩護支架進行回采。但掩護支架在下放過程中，管理控制難度較大，可供開采厚度為1.3～1.6m的煤層。根據某煤礦用八字形組成的柔性掩護支架回采經驗，其適用的條件是：煤層賦存穩定、傾角大于60°、煤厚在1.5～3.5m的中厚煤層。

1 傾角較小急傾斜煤層開采存在的問題

隨著采深的不斷加大，某煤礦的回采區域接近井田向斜軸部，煤層傾角越來越小，至三水平后，煤層平均傾角約50°左右，用八字形鋼梁組成的柔性掩護支架來開采，在工藝措施不改進的情況下越來越困難。在使用八字形鋼梁組成的柔性掩護支架回采某工作面過程中，就暴露出支架切入底板、下放不成功的問題，被迫中間收面，重新開切眼裝面初放。

技術上使用"〈"形鋼梁掩護支架開采較為合適，但某煤礦剩余急傾斜煤層儲量僅72.22萬t，且煤層厚度不一，再加工幾套"〈"形鋼梁顯得非常不經濟，同時也缺少用"〈"形鋼梁組成的掩護支架回采的經驗。而且用"〈"形鋼梁掩護支架和帶腿的"〈"形掩護支架回采發生煤壁片幫事故的風險較高。通過分析某失敗的教訓，綜合各方面的因素，在開采某工作面時仍使用了八字形鋼梁組成的柔性掩護支架，但對工藝參數和工藝措施做了改進。

2 改進對策措施

2.1 工作面概況

某工作面位于某煤礦三水平二采區第二區段，327軌道（1）下山以東，某工作面傾斜下方。區段垂高為30m左右，工作面走向長度325m，面內7、9層煤合并，局部中間以夾矸形式出現，煤層厚度2.4～4.7m，平均3.0m；煤層傾角45～55°，平均約50°。偽頂為砂泥巖，厚度0.2m，直接頂為粉細砂巖互層，厚度7.0m左右，老頂為砂泥巖；直接底為泥巖，老底為砂泥巖。

2.2 材料巷擴棚

正常情況下，掩護支架的選型，是支架的跨度比煤層的真厚度小200～300mm，以利于支架下放。在材料巷的寬度能滿足支架安裝的要求時，就不需要擴棚，在支架寬度大于材料巷寬度時，則需要擴棚，一般情況下是在煤層里擴。擴棚的寬度等于支架的跨度減去巷道的寬度。根據某工作面煤層的厚度，選用2.8～3.2m的鋼梁組成支架。材料巷維修施工時，大部分區域跟頂板維修，底板側有煤，按常規，只要擴底板側，滿足擺架子要求即可，這樣擴棚作業容易，工作量小。但根據煤層傾角較小的特點，對擴棚工作采取了特殊的措施：一是由于巷道在損壞過程中，頂板向巷道的位移量較大，維修時就破過頂，所以必須擴頂板側，而且要擴到頂板里面；二是擴棚的寬度必須達到破頂板1.50m以上，擴棚段的高度達1.90m以上；三是由于材料巷多次維修，頂板破碎區域多，為保證擴棚的安全，需做好防冒頂的工作，采取預注膠，手工破矸，用舊鋼釬、舊鉆桿提前穿頂等措施進行及時有效的支護。這樣，雖然在材料巷破頂工作量較大，花費了一定人工和材料，但支架進工作面后，在上變坡點向下沿傾斜方向人為啃頂3～5m，避免了在變坡點出現支架上肢側過度扭斜而無法下放的情況，對整個支架的下放起到了至關重要的作用。

2.3 支架的安裝

支架安裝的質量是保證支架能順利下放的前提條件。為適應較小傾角煤層回采的要求，對支架安裝參數進行了調整，正常情況下，支架鋼梁的仰角（通常指上下肢端點的聯線與水平面夾角）一般控制為100－α（α為煤層傾角），正常控制這一角度為50°，現在將這一角度調整為60°，并要求架頭平臺的凈高度達1.50m以上；架頭平臺的長度由原來的9～12m改為現在的8～12m，因為煤層傾角小，支架進入工作面后，整體支架對平臺拉力小。支架安裝時上肢超前下肢量同煤層厚度和傾角有關，煤層厚，傾角小，支架進入工作面后，支架仰角大，向架尾的拉力大，此次安裝支架時，將上肢超前下肢的量增加至300～400mm；同時，在支架安裝過程中，狠抓每一道工序的施工質量，從鋼絲繩、輕軌的位置到螺絲的松緊等都進行了嚴格的跟蹤檢查，確保了支架的整體性和穩定性，杜絕了因螺絲松動引起的輕軌移位、翻轉現象，為支架的順利下放打下了基礎。

2.4 工作面坡度及煤壁管理

柔性掩護支架工作面的煤壁管理對保證安全生產是非常重要的。偽傾角是柔性掩護支架回采工藝中的一個重要參數，理論角度是25～30°。在傾角大于60°的工作面，偽傾斜角度通常規定為28～32°，一般不超過30°。但在某工作面，為了增加支架沿傾斜方向向下運動的動力，減少支架啃底的風險，將工作面的偽傾角放大到34°。為了防止因工作面偽傾角加大發生片幫傷人事故，該礦采取了相應的措施：一是嚴格控制炮眼布置與裝藥爆破，避免因打眼放炮效果不佳產生傘檐；二是工作面出煤前必須首先清除傘檐。

2.5 地溝尺寸

工作面地溝的寬度是保證工作面具有足夠作業空間的一個主要指標。地溝寬了，作業空間大，便于作業人員在里面打眼、整理煤幫、鋪設溜槽。在煤層傾角較小時，地溝控制較寬，必然要求支架工作角度較小，這樣支架容易切入底板，不利于支架下放。地溝窄了，作業空間小，作業人員的活動范圍小，操作不方便，但對傾角較小的煤層來說，有利于支架的下放。因此規定工作面地溝的寬度，原則上不大于0.70m，只要滿足工人的操作即可，這樣對支架的下放起到了一定的積極作用。

2.6 架尾管理

掩護支架工作面架尾支架的回拆，是柔性掩護支架采煤法回采工藝的最后一道工序，抓好架尾的管理，是保證小傾角煤層掩護支架順利回采下放的重要環節。對柔性掩護支架架尾的管理，主要體現在架尾平臺的長度，長度長一點，對工作面的出煤、安全管理有好處，但長度過長，可能造成架尾通風不暢，風量不足，也不利于支架的下放。通過現場跟班摸索，將架尾平臺的長度由正常的不大于8m調整為不大于5m，而且將拆除支架作業施工由固定整修班調整為當班采煤當班拆除。這樣，保證采煤班炮后支架能在架尾及時拆除，也有利于支架的下放。

結語

通過研究并改進工藝措施，在煤層傾角55°左右的某工作面使用八字形鋼梁組成的偽傾斜柔性金屬掩護支架實現了成功回采。該工作面自2007年8月1日開始回采，至2007年12月23日結束，歷時5個月，共生產原煤44319t，實現了安全生產。

[1]楊龍俊.采煤技術及采煤方法的選擇.盤縣煤炭管理局，【報紙】貴州政協報，2009-11-20.