关于急倾斜煤层下使用柔性掩护支架的采煤技术

2011-12-30高家礼

中国新技术新产品 2011年5期

高家礼

（云南省田坝煤矿，云南曲靖 655407）

某矿务局煤矿井田为一不对称的向斜构造，北翼为倾斜及缓倾斜煤层，南翼为急倾斜煤层。急倾斜煤层的储量占矿井总储量的一半左右，20多年来，采用八字形钢梁组成柔性金属掩护支架采煤法开采急倾斜煤层，取得了较好的经济效益。

伪倾斜柔性金属掩护支架开采急倾斜煤层工艺，组成支架的钢梁有直线形钢梁，八字形钢梁，"〈"形钢梁。直线形钢梁组成的支架在回采过程中下放和管理难度较小，但煤层厚度较小时，架下工作空间较小。适用于赋存稳定、倾角大于60°（倾角小于60°时，支架下放困难，容易切入底板）、厚度在1.8～4.0m条件下的煤层。"〈"形钢梁掩护支架和带腿的"〈"形掩护支架，可以开采煤层赋存较稳定、构造简单、倾角为45～65°、煤层厚度为4m左右的煤层。八字形钢梁组成的支架在回采过程中架下工作空间较大，尤其煤层厚度较小时，更需要用八字形钢梁组成的柔性金属掩护支架进行回采。但掩护支架在下放过程中，管理控制难度较大，可供开采厚度为1.3～1.6m的煤层。根据某煤矿用八字形组成的柔性掩护支架回采经验，其适用的条件是：煤层赋存稳定、倾角大于60°、煤厚在1.5～3.5m的中厚煤层。

1 倾角较小急倾斜煤层开采存在的问题

随着采深的不断加大，某煤矿的回采区域接近井田向斜轴部，煤层倾角越来越小，至三水平后，煤层平均倾角约50°左右，用八字形钢梁组成的柔性掩护支架来开采，在工艺措施不改进的情况下越来越困难。在使用八字形钢梁组成的柔性掩护支架回采某工作面过程中，就暴露出支架切入底板、下放不成功的问题，被迫中间收面，重新开切眼装面初放。

技术上使用"〈"形钢梁掩护支架开采较为合适，但某煤矿剩余急倾斜煤层储量仅72.22万t，且煤层厚度不一，再加工几套"〈"形钢梁显得非常不经济，同时也缺少用"〈"形钢梁组成的掩护支架回采的经验。而且用"〈"形钢梁掩护支架和带腿的"〈"形掩护支架回采发生煤壁片帮事故的风险较高。通过分析某失败的教训，综合各方面的因素，在开采某工作面时仍使用了八字形钢梁组成的柔性掩护支架，但对工艺参数和工艺措施做了改进。

2 改进对策措施

2.1 工作面概况

某工作面位于某煤矿三水平二采区第二区段，327轨道（1）下山以东，某工作面倾斜下方。区段垂高为30m左右，工作面走向长度325m，面内7、9层煤合并，局部中间以夹矸形式出现，煤层厚度2.4～4.7m，平均3.0m；煤层倾角45～55°，平均约50°。伪顶为砂泥岩，厚度0.2m，直接顶为粉细砂岩互层，厚度7.0m左右，老顶为砂泥岩；直接底为泥岩，老底为砂泥岩。

2.2 材料巷扩棚

正常情况下，掩护支架的选型，是支架的跨度比煤层的真厚度小200～300mm，以利于支架下放。在材料巷的宽度能满足支架安装的要求时，就不需要扩棚，在支架宽度大于材料巷宽度时，则需要扩棚，一般情况下是在煤层里扩。扩棚的宽度等于支架的跨度减去巷道的宽度。根据某工作面煤层的厚度，选用2.8～3.2m的钢梁组成支架。材料巷维修施工时，大部分区域跟顶板维修，底板侧有煤，按常规，只要扩底板侧，满足摆架子要求即可，这样扩棚作业容易，工作量小。但根据煤层倾角较小的特点，对扩棚工作采取了特殊的措施：一是由于巷道在损坏过程中，顶板向巷道的位移量较大，维修时就破过顶，所以必须扩顶板侧，而且要扩到顶板里面；二是扩棚的宽度必须达到破顶板1.50m以上，扩棚段的高度达1.90m以上；三是由于材料巷多次维修，顶板破碎区域多，为保证扩棚的安全，需做好防冒顶的工作，采取预注胶，手工破矸，用旧钢钎、旧钻杆提前穿顶等措施进行及时有效的支护。这样，虽然在材料巷破顶工作量较大，花费了一定人工和材料，但支架进工作面后，在上变坡点向下沿倾斜方向人为啃顶3～5m，避免了在变坡点出现支架上肢侧过度扭斜而无法下放的情况，对整个支架的下放起到了至关重要的作用。

2.3 支架的安装

支架安装的质量是保证支架能顺利下放的前提条件。为适应较小倾角煤层回采的要求，对支架安装参数进行了调整，正常情况下，支架钢梁的仰角（通常指上下肢端点的联线与水平面夹角）一般控制为100－α（α为煤层倾角），正常控制这一角度为50°，现在将这一角度调整为60°，并要求架头平台的净高度达1.50m以上；架头平台的长度由原来的9～12m改为现在的8～12m，因为煤层倾角小，支架进入工作面后，整体支架对平台拉力小。支架安装时上肢超前下肢量同煤层厚度和倾角有关，煤层厚，倾角小，支架进入工作面后，支架仰角大，向架尾的拉力大，此次安装支架时，将上肢超前下肢的量增加至300～400mm；同时，在支架安装过程中，狠抓每一道工序的施工质量，从钢丝绳、轻轨的位置到螺丝的松紧等都进行了严格的跟踪检查，确保了支架的整体性和稳定性，杜绝了因螺丝松动引起的轻轨移位、翻转现象，为支架的顺利下放打下了基础。

2.4 工作面坡度及煤壁管理

柔性掩护支架工作面的煤壁管理对保证安全生产是非常重要的。伪倾角是柔性掩护支架回采工艺中的一个重要参数，理论角度是25～30°。在倾角大于60°的工作面，伪倾斜角度通常规定为28～32°，一般不超过30°。但在某工作面，为了增加支架沿倾斜方向向下运动的动力，减少支架啃底的风险，将工作面的伪倾角放大到34°。为了防止因工作面伪倾角加大发生片帮伤人事故，该矿采取了相应的措施：一是严格控制炮眼布置与装药爆破，避免因打眼放炮效果不佳产生伞檐；二是工作面出煤前必须首先清除伞檐。

2.5 地沟尺寸

工作面地沟的宽度是保证工作面具有足够作业空间的一个主要指标。地沟宽了，作业空间大，便于作业人员在里面打眼、整理煤帮、铺设溜槽。在煤层倾角较小时，地沟控制较宽，必然要求支架工作角度较小，这样支架容易切入底板，不利于支架下放。地沟窄了，作业空间小，作业人员的活动范围小，操作不方便，但对倾角较小的煤层来说，有利于支架的下放。因此规定工作面地沟的宽度，原则上不大于0.70m，只要满足工人的操作即可，这样对支架的下放起到了一定的积极作用。

2.6 架尾管理

掩护支架工作面架尾支架的回拆，是柔性掩护支架采煤法回采工艺的最后一道工序，抓好架尾的管理，是保证小倾角煤层掩护支架顺利回采下放的重要环节。对柔性掩护支架架尾的管理，主要体现在架尾平台的长度，长度长一点，对工作面的出煤、安全管理有好处，但长度过长，可能造成架尾通风不畅，风量不足，也不利于支架的下放。通过现场跟班摸索，将架尾平台的长度由正常的不大于8m调整为不大于5m，而且将拆除支架作业施工由固定整修班调整为当班采煤当班拆除。这样，保证采煤班炮后支架能在架尾及时拆除，也有利于支架的下放。