支撐掩護式低位放頂煤支架在白坪礦的應用與研究

孫祥德 歐亞偉

（1.河南理工大學 能源科學與工程學院，河南 焦作454000；2.鄭煤集團 白坪煤業有限公司，河南 登封452482）

0 前言

白坪煤業公司井田位于登封煤田穎陽～蘆店向斜的南翼東段，主要回采二1 煤層，屬于典型的“三軟”煤層，由于受多期不同形式區域構造的影響，導致二1 煤層頂、底板不協調褶曲，煤厚局部突變，地質構造復雜。公司一直采用質量輕，底座大的支撐掩護式中位放頂煤支架回采，但中位放頂煤支架因其操作復雜、人力投入多，勞動強度大，回收率低，產能低等缺點，成為制約公司發展的一大阻力。

低位放頂煤與中位放頂煤相比，有許多優越性，例如，受力合理，有效降低煤墻受力并減少支架前端鉆底；放煤能力大，提高回采率，生產效率提高；后部運輸機不再受底槽煤和移架影響而人工清落，減輕工人強度。因此引進低位放頂綜采技術，研究低位放頂煤支架在“三軟”不穩定煤層的適用性，對“三軟”煤層的綜采技術發展具有借鑒意義。

1 概況

13091 工作面于白坪滑動構造區東南邊緣，為13 采區首采工作面，走向長1354m,傾斜長160m，傾角6～25°，平均傾角10°，受滑動構造影響，二1 煤層與圍巖接觸關系發生變化，致使其頂、底板產生小型不協調褶曲，煤層厚度局部突變，煤層原生結構遭到破壞，形成構造煤，薄則不可采，厚則可達平均煤厚的數倍以上，煤層具有突變、驟變的特征，煤層厚度0.4～11m，平均厚度4.4m。

工作面采用綜合機械化低位放頂煤采煤工藝。工作面支護使用ZF6400/19/32 型液壓中間支架和ZFG6400/21/32 型過渡支架，采煤機MG300/700-QWD，前后部運輸機SGZ-800/800。

根據煤層底板情況和煤層厚度，硬度及需要的支護強度，選擇ZF6400/19/32 型液壓支架，過渡支架選用ZFG6400/21/32 型。詳見支架參數對照表。

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2 低位放頂煤回采工藝優點

2.1 圍巖控制方面

2.1.1 支架結構合理，穩定性強

對比中位放頂煤，低位放頂煤支架底座出現陷底的幾率很小，分析原因是支架底座位于全部控頂面積的中心，受力均勻，穩定性強，對煤層底板比壓合理，不會出現底座陷底現象。而中位放頂煤支架結構類似“刀”形，后部掩護梁短并且承受的頂板壓力小，造成底座前部受力遠大于底座后部，底座前部底板比壓增大，陷底嚴重。

2.1.2 支架工作阻力大，有利于煤壁管理

ZF6400/19/32 低位放頂煤中間架和過渡支架工作阻力6400KN，ZFT26000/18/35 端頭架工作阻力達到26000KN,遠大于我礦之前用的中位放頂煤3600KN 的工作阻力，對頂板的支承能力強，能夠有效控制頂板，減輕頂板對煤壁的壓力，減少煤墻片幫冒頂幾率。經統計與中位支架使用相比較，片幫與冒頂幾率降低80%以上。

2.1.3 放煤口靠后，控頂距大

低位放頂煤支架放煤口與煤壁距離比中位放頂煤長1.5m，支架控頂距大，直接頂斷裂跨落位置距煤壁遠，對煤壁的影響和破壞小，增加低位放頂煤支架對煤壁的保護能力。

2.1.4 護幫板防治煤壁片幫及超前冒落效果好

伸縮梁前端鉸接護幫板，在180°范圍內擺動。首先在采煤機割煤后，及時落下護幫板，保護煤壁，有效減少頂梁端頭及上部煤壁的片幫及頂板冒落；其次，在已出現頂梁前端冒落情況時，護幫板翻轉180°，能及時阻止頂板繼續冒落，之后再采取超前拉架或人工支護，降低冒頂造成的影響，提高人工支護安全系數。

2.2 安全方面

2.2.1 支架操作空間及行人通道安全

中位放頂煤支架操作和行人均在架前進行操作，煤墻易片幫和滾落碴石。工作面上、下端頭處需做安全出口，進出工作面時要經安全出口跨過前部運輸機，存在一定安全隱患。

低位放頂煤支架前后立柱中間設有行人通道，行人和操作支架均在行人通道內，距離煤壁遠，并有護幫板與立柱的保護，同時解決了上、下端頭安全出口問題，直接由行人通道進入上、下順槽，作業環境安全系數高。

2.2.2 通風斷面大，降低通風阻力

中位放頂煤支架最大支撐高度2.8m，低位放頂煤支架最大支撐高度可達3.2m，工作面通風斷面比中位支架大30%左右，降低了工作面風阻。

2.2.3 防塵效果好

中位放頂煤支架放煤窗口距底板高度1.1m，放煤時揚塵點高，煤塵大，且支架通風斷面小，工作面通風阻力大，風速高不利于瓦斯治理。

低位放頂煤支架放煤窗口靠近底板，放煤時揚塵點低，煤塵小；支架最大支撐高度達到3.2m，工作面有效通風斷面比中位放頂煤支架大30%左右。降低風阻，減緩工作面風速，有力于煤塵治理。

2.2.4 有利于水害防治

低位放頂煤支架回收率高，頂煤容易放凈，便于后部形成流水通道，工作面出水時有利于老塘水排出。

2.3 回采工藝方面

2.3.1 支架操作方便，拉移速度快

中位放頂煤支架抬底座油缸為相鄰兩架共用，拉架前要先替換抬底座千斤頂，拉架時需兩人配合，一人負責倒換抬底座油缸，一人負責拉架。同時由于拉架千斤頂工作阻力小，拉架速度慢，平均拉移一架需3 分鐘。

低位放頂煤支架抬底座油缸設置在支架底座上，省去替換抬底座千斤頂時間。操作拉架只需一人，且拉架千斤頂缸徑大，支架移動速度快，平均拉移一架不到一分鐘，每架減少拉架時間至少2 分鐘，工作面正常回采期間可做到追機拉架作業。

2.3.2 降低職工勞動強度，增加生產時間

中位放頂煤工藝每班需投入20 人進行落后部運輸機和煤墻支護工作。

低位放頂煤支架后部運輸機直接安置在老塘側底板上，不需要落后部，且低位支架支撐能力強，能夠減輕頂板對煤壁的壓力，減少煤墻片幫幾率。正常回采期間基本杜絕人工支護，大幅降低了工人勞動強度，減少了人員投入及材料消耗，增加了生產時間。

3 低位放頂煤工藝取得的成效

低位放頂煤液壓支架在白坪煤業公司13091 工作面三個月的使用，證明了低位放頂煤支架能夠適應三軟煤層地質條件，并且發揮了支架結構合理、對圍巖支護情況好、支架操作方便、回采速度快、回采工藝機械化程度高等優點。而且有利于通風、瓦斯管理與水害防治。低位放頂煤支架的投入使用，大幅度提高了13091 工作面單產、減少了人員投入、降低了噸煤成本，并且降低了工人勞動強度，取得了良好的經濟效益。

3.1 減人提效

13091 低位放頂煤工作面切巷長160m，分7 個口作業，相比同切巷長度中位放頂煤工作面，每天可減少人員出勤35 人。

3.2 提高煤炭回收率

中位支架放煤口在掩護梁上，放煤口以下距底板1.1m 高度的煤無法放出來。低位放頂煤支架放煤口布置在支架尾梁和底板之間，從而避免了以上缺點。通過248m 回采，測算回收率達到95%以上，回采率較中位放頂煤工藝能夠提高10%以上。按照13091 工作面可采儲量156 萬噸計算，可多采原煤15.6 萬噸。

3.3 降低材料消耗

低位放頂煤支架能有效防止支架端頭煤壁的片幫及超前冒落，正常回采期間基本杜絕人工支護，與中位放頂煤工藝相比，工作面支護材料消耗可降低70%以上。

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