俯偽斜走向長(zhǎng)壁分段水平密集支柱采煤法的應(yīng)用

文/康松

俯偽斜走向長(zhǎng)壁分段水平密集支柱采煤法的應(yīng)用

文/康松

湖南省冷水江市龍王池煤礦煤層賦存條件十分復(fù)雜，區(qū)內(nèi)5煤層不能全采，可采區(qū)域的5煤層傾角在45°～60°，煤厚1.5m～2.0m。龍王池煤礦積極探索，成功地在23采區(qū)2351工作面推行“俯偽斜走向長(zhǎng)壁分段水平密集支柱”采煤法，突破了單體液壓支柱在急傾斜煤層工作面中分段水平密集支柱控頂方式的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的臺(tái)階式采煤法相比，“俯偽斜走向長(zhǎng)壁分段密集支柱”采煤法改變了頂板巖石受力狀況，使急傾斜工作面的傾斜得到有效控制，增加了頂?shù)装宓南鄬?duì)穩(wěn)定性，較好地解決了滑底、推頂、采空區(qū)冒落矸石竄入工作面等難題。同時(shí)，在區(qū)段垂高相同的情況下，工作面有效利用率比偽斜短壁采煤法提高30%～40%，相同地質(zhì)條件下，單產(chǎn)提高90%左右，回采工效提高50%左右，取得了較好的安全和經(jīng)濟(jì)效益。

一、礦井開(kāi)采條件及2351工作面概況

1.礦井開(kāi)采條件

龍王池煤礦位于冷水江復(fù)式向斜東翼中段，冷水江礦區(qū)塘沖井田的南端65～67勘探線之間，地層總體成復(fù)式向斜。地層走向北東，以寬緩褶皺為主、斷層次之。褶皺構(gòu)造主要有坪煙背斜、賴子嶺向斜、楊家佬背斜等，斷裂構(gòu)造主要有光大灣正斷層、溴皮溪逆斷層、廟灣逆掩斷層等，光大灣正斷層傾角有65°～80°，造成梓門橋下部灰?guī)r及煤系地層部分缺失，煤層受到破壞，賦存條件復(fù)雜。

2.2351工作面概況

2351工作面位于礦井23采區(qū)南端，2331工作面下部，區(qū)內(nèi)含煤三層，從上到下分為3煤層、5煤層、6煤層。目前，3煤層已采完，6煤層不可采，5煤層受斷層構(gòu)造的影響，部分區(qū)域缺失，傾角較大，達(dá)45°～60°，煤厚1.5m～2.0m，平均煤厚1.8m。正常涌水量10m3∕h，最大涌水量25m3∕h，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

5煤層偽頂為炭質(zhì)頁(yè)巖，厚0.2～0.4m，隨采隨落，直接頂為細(xì)砂巖、粉砂巖。5煤層絕對(duì)瓦斯涌出量1.36m3∕min，相對(duì)瓦斯涌出量16.7m3∕min。無(wú)突出危險(xiǎn)性，無(wú)自然發(fā)火傾向，無(wú)煤塵爆炸危險(xiǎn)性。

工作面走向長(zhǎng)218m，傾斜長(zhǎng)90m，DZ型單體液壓支柱架棚，分段水平密集支柱切頂，放頂與自然充填方式管理頂板。

二、2351工作面布置方式

2351工作面成俯偽斜直線方式布置，運(yùn)巷、回風(fēng)巷與走向長(zhǎng)壁工作面相同。見(jiàn)圖1。工作面斜長(zhǎng)90m，偽傾斜角35°左右，確保了煤炭能自溜進(jìn)斗，又方便了作業(yè)人員行走。考慮溜煤、通風(fēng)、行人等工作的方便，工作面下部的溜煤眼要提前掘成3個(gè)以上，呈漏斗狀，并鋪溜槽。

當(dāng)工作面運(yùn)巷、回風(fēng)巷掘到采區(qū)邊界時(shí)，沿煤層傾斜方向掘切眼，連通運(yùn)巷和回風(fēng)巷，構(gòu)成全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)，如圖2所示。

三、2351工作面采煤工藝

1.工作面初采

圖1工作面布置圖

由切眼與工作面回風(fēng)巷交接處開(kāi)始，按工作面?zhèn)涡苯欠较颍侄巫陨隙峦七M(jìn)，工作面長(zhǎng)度逐漸增大，如圖2所示。初采時(shí)工作面出煤和作業(yè)人員均由切眼處通行。隨著工作面向下推進(jìn)，切眼自上而下逐段報(bào)廢。當(dāng)推進(jìn)至工作面下端距回風(fēng)巷4.2m時(shí)支設(shè)分段水平密集支柱。支柱間隔不超過(guò)0.3m，由采空區(qū)側(cè)朝煤壁側(cè)向上傾斜10°左右，每隔4.2m設(shè)置一排水平密集支柱，每排水平密集支柱沿走向長(zhǎng)4.2m，上鋪高分子阻燃纖維網(wǎng)。密集支柱隨工作面推進(jìn)，前添后回，相鄰兩排水平密集支柱沿煤層走向保持1.0～1.5m錯(cuò)距。由于偽頂只有0.2～0.4m，隨采隨落。當(dāng)初期分段水平密集支柱長(zhǎng)度達(dá)到4.2m而直接頂仍不垮落時(shí)，人工在支柱上鋪1.5m左右的矸石墊層。隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，不斷增設(shè)新的分段水平密集支柱。當(dāng)工作面煤壁達(dá)到圖2所示位置時(shí)，初采工作結(jié)束。

2.工作面回采

當(dāng)直線俯偽斜工作面及分段水平密集支柱逐段形成后，轉(zhuǎn)入正常回采。自下而上分段爆破落煤，從上往下分段支柱。當(dāng)放炮完成后，從回風(fēng)巷往下支柱，支到第一分段水平密集支柱的位置時(shí)，將該水平密集支柱延伸到工作面的第二排支柱，用檔板擋嚴(yán)，然后拆除第一分段水平密集支柱采空區(qū)側(cè)的應(yīng)撤支柱。同時(shí)，沿工作面傾斜方向繼續(xù)往下支柱，支到第二分段水平密集支柱的位置時(shí)，將該水平密集支柱延伸到工作面的第二排支柱，用擋板擋嚴(yán)，然后拆除第二分段水平密集支柱采空區(qū)側(cè)的應(yīng)撤支柱。如此往復(fù)，直到撤回最后一排水平密集支柱應(yīng)撤的支柱。

3.工作面末采

當(dāng)工作面上端推進(jìn)到距回風(fēng)口10m左右時(shí)，在距回風(fēng)口4m左右掘收作眼，掘好收作眼后，毎隔5m加快掘進(jìn)水平聯(lián)絡(luò)巷，收作眼靠工作面一側(cè)設(shè)保護(hù)煤柱，寬4m，傾斜長(zhǎng)5m。工作面自上面下分段縮短長(zhǎng)度，如圖3所示。工作面收尾時(shí)，收作眼需始終保持暢通，從而滿足通風(fēng)、運(yùn)料和行人的安全。

4.采空區(qū)處理與支護(hù)形式

采空區(qū)處理以放頂和自然充填相結(jié)合，上分段采空區(qū)冒落矸石可放入本分段采空區(qū)，采空區(qū)出現(xiàn)大面積懸頂時(shí)，采用人工強(qiáng)制放頂，初期采用鋪墊石，各分段密集支柱之間末被矸石充填滿的“三角區(qū)”仍用點(diǎn)柱支護(hù)。支護(hù)形式采用DZ型單體液壓支柱配鉸接頂梁，倒懸臂齊梁齊柱布置，柱距0.6m，排距0.8m，2～4排控頂，DZ型單體液壓支柱采取防倒措施。靠煤壁一端的水平密集支柱與煤壁之間始終保持2排支柱以上，平行煤壁的第一排點(diǎn)柱要戴帽。

四、結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，分段水平密集支柱分段的長(zhǎng)度與頂板性質(zhì)、工作面采高、采空區(qū)冒落矸石的安息角、煤層瓦斯涌出量，以及相鄰兩排密集支柱的間距等因素有關(guān)。分段水平密集支柱長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，工作面控頂距增大，頂板壓力隨之增大，回柱困難，且在分段水平密集支柱下方的“三角區(qū)”也容易積聚瓦斯。分段水平密集支柱長(zhǎng)度過(guò)短，則不能有效地起到擋矸作用。龍王池煤礦俯偽斜走向長(zhǎng)壁分段水平密集支柱采煤法工作面呈俯偽斜直線布置，工作面上下分段可同時(shí)回柱放頂，充分利用時(shí)間和空間，加快了工作面推進(jìn)速度，避免了煤壁片幫傷人，減少了煤炭自溜過(guò)程中因竄入采空區(qū)而造成的丟煤，也為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)械化創(chuàng)造了條件。

（作者單位：湖南省冷水江市煤炭局）

（責(zé)任編輯：周瓊）

圖2

圖3