综采支架在大倾角、下分层破碎顶板跨煤柱工作面的应用

中平能化集团十一矿 陈保亮

综采支架在大倾角、下分层破碎顶板跨煤柱工作面的应用

中平能化集团十一矿 陈保亮

在煤炭生产中，大倾角、下分层再生顶锈结差、采面过煤柱等复杂条件限制煤炭产量。通过采取切实可靠的生产工艺措施，平煤十一矿在大倾角、下分层破碎顶板跨煤柱已16-17-22062工作面应用综采支架，使复杂条件下工作面最高日产达6000吨，实现了安全生产。在生产实践中，我们探讨出了很多切实可行的、有效的技术措施，为类似条件矿井的综采工作面生产提供了技术经验。

一、工作面概况

平煤十一矿己16-17-22062采面位于二水平己二采区西翼，东起己二皮带下山，西止于己二皮带下山西1715米处。该采面为下分层布置，里段属原生煤体，切眼沿煤层顶板布置，外段分别跨己16-17-22080上分层（切眼往外100米）老空和己16-17-22061上分层（切眼往外15米）老空。煤层倾角为8-47度，坡度分布不均，下半部缓平均倾角16°，上半部陡平均倾角42°，特别是机尾处局部达50°。采面走向长度1500m，倾斜长170m，可采储量110万吨。

二、工作面装备

1.工作面支护形式。22062综采工作面采用ZY4000-17/37型掩护液压支架。

2.工作面设备选型。采用MG-475/200型采煤机，SGZ-764/ 400型输送机，工作面运输巷采用SZZ-764/200转载机，采用WRB-200/31.5型乳化站。

三、存在的问题

1.采面倾角大，煤层顶板垂直作用在液压支架上的压力较小，而作用在倾斜方向的压力增大，因此，支架的合力作用线落在支架底座之外，支架不稳定、容易倾倒。

2.再生顶容易冒落，支架顶梁上方漏空，支架接顶不实，煤壁承受较大的支承压力，煤壁产生片帮，片帮煤沿倾斜方向滑动、滚落，容易导致滚矸伤人。端面距偏大，容易引起再生顶冒落。出现片帮、冒顶的恶性循环。

3.该采面为下分层布置，里段属原生煤体，切眼沿煤层顶板布置，外段分别跨己16-17-22080上分层和己16-17-22061上分层老空，煤柱冲击地压大。

四、安全措施

1.大倾角采面防滑防坠防滚矸伤人。

（1）安装支架防倒防滑装置，发挥支架初撑力作用。该工作面支架倾倒原因主要有4点：一是煤层倾角大，上半部平均坡度达到42度；二是顶板压力大，顶板破碎，支架尾梁上部顶板部分垮落；三是部分支架不接顶；四是由于受到水平分力作用，顶板冒落处支架失去了原有承载能力，出现下滑和戗底现象。根据这些实际问题，工作面要求及时安装一套支架防倒防滑装置。

该装置把液压千斤顶和锚链安装在支架底座与支架防倒中心柱上配套使用。调整下滑支架时，采取由上至下调整的顺序进行。倾倒支架调整后，必须确保接实顶板，使其达到初撑力要求，防止再次倾倒。

（2）采取防滑、防滚矸伤人措施。

一是每班安排3名煤机司机，其中有一人在煤机上方10m左右处专职负责观山，发现有坠物下窜、片帮严重等异常情况时及时发出停机信号，同时下方人员全部躲入支架四连杆内。

二是采面运输机挡煤板上沿倾斜方向设置一道金属隔离网，金属网规格为4.0×1.5m、网眼80*80mm、钢丝直径为3mm以上,将煤壁与人行道隔开。网的四边用四根钢丝作加强筋处理以防止隔离网受到冲击时严重变形。影响进入煤壁侧作业时，将其吊挂至支架顶梁上，结束后将金属隔离网放下并用特制防脱小钩（便于拆卸吊挂）将其固定在支架和运输机上（固定点为0.5m）。

三是隔离网吊挂质量要求。采面上部大坡度段从机尾到70架长65米范围全部上齐隔离网，中间不得有空隙；网的一端固定在支架顶梁上，另一端固定在运输机挡煤板采空区侧，固定点间距不超过0.5m，网的顶端与支架空隙不大于0.2m；网与网搭接不少于0.2m，并用防脱小钩将网相互连接，连接点间距为0.2m。

四是采面人行道侧每隔15m设置一道规格为1.8×1.5m走向防护网（网眼80*80mm），防止人行道侧大块煤矸下窜伤人。

五是走向防护网的吊挂质量要求。网的四边与支架、溜子、隔离网相连接，连接点间距为0.3m；网与四周的间隙不大于0.2m。

2.下分层破碎顶板管理。

（1）正确使用液压支架，确保支架的初撑力。要正常使用好液压支架，必须保证支架有足够的初撑力及工作阻力。做到这一点，首先要保证泵站的压力必须达到液压系统的额定工作压力，并使整个液压系统消除漏液串液现象，保持液压系统处于良好的工作状态。

（2）支架操作注意事项。移架及时、迅速，做到少降快拉，定向前移，防止上下歪斜，前倾后仰，挤架倒架；移架步距要一致，移架后保证工作面“三直”，保证切顶线呈一条直线，起到良好的切顶效果；顶梁与底座平整地与顶底板接触，力求支架各部受力分布均匀；底板上的浮煤矸清理干净，以保证支架和输送机顺利前移。

（3）处理支架事故的措施。支架如果发生扎底、倾倒、挤架或架间距超宽等情况，将给顶板管理和正常生产带来严重后果，处理不当将造成片帮、漏顶，甚至产生大面积冒顶。

一是支架扎底的处理。底座扎入底板，可在支架顶梁下用单体柱打一斜戗柱，一头戗在扎底支架的顶梁上，另一头戗在相邻的支架底座上，然后将扎底支架降柱，抬起底座，同时向前移架；有抬架千斤顶装置可直接用抬架千斤顶抬架。

二是倒架的处理。倒架往往发生在移架过程中，因此移架时要注意观察支架的支撑状态和顶底板的变化情况，当支架有倾倒趋势时立即进行处理。其办法是移架前在支架顶梁倾斜的下方用单体柱打一斜戗柱，单体柱的底部打在相邻支架的底座上，拉架时支架在此斜戗单体柱的作用下摆正。

三是挤架的处理。工作面不直，容易引起支架挤架或架间距超宽。因此，必须保证工作面支架的侧护板行程均匀，按正规循环进刀割煤，一旦发生挤架，应及时调整相挤处支架的侧护板行程，并调整工作面开采角度，将工作面输送机和液压支架调直。

（4）加强工作面两巷的超前支护。为加强机、风两巷超前支护，工作面两巷超前50米范围内，采用3排单体支柱配合铰接顶梁管理顶板的支护方式，上下帮各打一排支护，中间打一排支护。随着工作面的推进，对于巷道中出现的地质构造，提前采取加强支护措施，一般为保持一梁两柱支护加密单体柱，增大支护密度。

（5）加强地质预报和矿压观测。

一是地质预报。由于综采对地质构造的适应性较差，每月根据地质预报必须及时掌握、分析、预测综采工作面地质变化情况，提供准确的预报，以便采取相应的技术管理措施。

二是矿压观测。矿压观测方面，实时监测矿压状况，根据矿压监测表收集压力数据，记录顶板破坏的状况，如顶板破碎程度、顶板冒落敏感度、顶板张裂隙、台阶下沉和落差，煤壁片帮等，并对以上情况进行详细记录和分析，并汇总交生产技术部门，以便采取针对性的技术管理措施。

（6）破碎顶板管理。

一是带压移架。为了减轻移架时对顶板造成的破坏，移架时支护要保持一定的工作阻力，使顶梁贴着顶板擦顶前移。

二是超前移架。对于片帮倾向严重的综采工作面，应采取超前移架的支护方式，作业方式为移架、割煤、推溜、再移架，以减小煤壁侧空顶面积，尽可能地使顶板及时控制。

三是煤壁片帮、冒顶超前支护。煤壁片帮要提前移架。当片帮宽度超过0.5m时要打探板支护；当片帮宽度超过1.0m时，探板下要打贴帮柱；当片帮宽度超过1.5m时，探板下要增打中柱。贴帮柱和中间点柱必须打在硬底上，严禁打在浮煤上。

四是处理片帮、冒顶事故时，必须坚持迅速快捷，缩小范围，自外向里，由边缘向中央，循序进行。现场要有安全负责人，统一指挥，分工明确，协调作业，并有专人观山，退路要畅通，物料充足，工具齐全。处理顶板问题时要严格执行敲帮问顶制度，操作人员要站在有可靠支护的顶梁下，严禁空顶作业。

（7）强化现场管理，提高工程质量。工程质量直接关系到工作面顶板管理的好坏。因此，必须切实加强现场管理，抓好工程质量的检查和验收，杜绝不合格工程。采取有效措施，加强顶板管理，研究更为适应现场方便快捷的顶板控制方法，为综采工作面稳产高产提供安全保证，为顶板管理打下良好基础。

3.跨煤柱管理。采面过老巷穿层由原生顶进入下分层再生顶回采的技术措施。

（1）老巷（上分层切眼）受采动影响，已被自行垮落顶板充填，煤层层理紊乱。顶板岩层受采动影响，经垮落、风化，岩体裂隙多，而含水量较小，形成的再生顶锈结质量差，顶板岩体的强度及稳定性较低。回采过程中，采煤机割过后，再生顶刚一暴露就会垮落。

一是距老巷10米前，从机尾往下逐步托顶煤回采，每刀支架和运输机下扎幅度保持在150mm/m，从原生顶板逐步过渡至下分层再生顶板。

二是采面回采，机尾托煤沿着风巷顶板推进，采面托煤沿着机尾顶板推进，保持采面整体顶板一致，避免顶板出现错台。

三是穿层过渡段，坚持联网、上圆木。上双层网、用3米圆木两架连锁。

四严格控制采高，最大采高不得超过2.8米。煤机窝底量保持在150mm/m，运输机和支架下扎幅度保持一致。

（2）下分层破碎顶板区域内的移架措施。

一是移架前，支架前梁铺双层金属网，新金属网压在垂挂旧金属网的煤壁侧，其搭接长度沿走向为网宽的1/2，倾斜方向搭接300mm。

二是采用隔一架移一架的移架方式，先移顶板较稳定支架，同时在支架前梁上方沿平行煤壁的方向放置3米长的木梁，有其挑住附近不完整的易冒顶板，然后再移破碎顶板处的支架。

三是随采煤机前滚筒割煤立即移架。

四是采用带压擦顶前移，要少降快拉。

（3）超前片帮时，采取打眼爆破过运输机，架走向梁挑顺山圆木、挂梁支护顶板。

一是打浅眼、装药爆破，人工清煤推移运输机。采用放炮落煤，人工攉煤的回采工艺。

二是循环进度控制在1.2m，最大控顶距保持2.4m，最小控顶距为1.2m；顶板支护使用2.4m圆木配合单体错梁齐柱支护，圆木间距为0.75m；临时支护使用半圆木配合单体打戴帽点柱，间距为1.5m；在最大控顶距时，采取“一梁三柱”加大支护强度。

三是在煤壁帮用镐扣锹挖找准柱窝，沿走向挂1.2米铰接梁，梁上托3米圆木，配合双层金属网护顶。所架超前棚，严格按一梁两柱架设，排距0.75m，柱距0.6m，梁头沿走向下扎角度与煤层走向下扎角度要一致。

四是移架时，先用一架托住平行于煤壁的棚梁，再将棚梁下影响移架的柱梁撤去，这样相邻支架在相互掩护下顺利前移。

五是在顶板条件比较好时，采用采煤机割煤。割煤时，采高严格控制在2.8m，并减慢牵引速度，减少喷雾洒水量，发现有掉顶及片帮迹象时立即停机处理，防止事故的发生。

五、结语

16-17-22062综采面从2008年11月到2009年8月回采结束。通过采取切实可靠的生产工艺措施，该面综采支架在大倾角、下分层破碎顶板跨煤柱的复杂条件下得到成功应用。由于措施得力，共出煤69.2万t，平均月产6.9万t,最高日产达到了6000t，回采率达到96%以上，生产过程中没有发生重伤及以上事故，实现了安全生产。

22062采面综采支架在大倾角、下分层破碎顶板跨煤柱的成功应用，拓宽了综采支架在复杂条件下的适用范围，为综采支架在井下复杂条件下安全生产总结出一套可靠的管理办法，为类似条件的综采工作面生产提供了经验，在同类矿井具有推广价值。