伪倾斜柔性掩护支架采煤法在泉塘冲井的应用

郑广义 汤祖文

摘?要：本文介绍了伪倾斜柔性掩护支架采煤法在泉塘冲矿井的应用，常见问题的处理方法，及取得的效果情况。

关键词：伪倾斜柔性掩护支架采煤方法效果与体会

中图分类号：TD164+.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）10（a）-0086-02

株洲市桃水煤矿泉塘冲井属煤与瓦斯突出矿井，开采急倾斜煤层。矿井相对瓦斯涌出量12.22m3/t，煤层无自燃倾向性，煤尘无爆炸危险性。自70年代建井以来，一直采用水平分层和巷道式等采煤法。这些非正规采煤方法已难以适应矿井的现代管理，也不能满足国家对煤矿安全生产的要求。而长壁式、台阶式等正规采煤法又明显不能适应矿井的开采技术条件（煤层倾角大，顶板容易冒落）。因此，必须寻找一种合适的采煤方法来取代矿井现时的采煤方法。

在上级领导部门、技术专家的指导下，我矿经反复论证和多次派人赴外矿考察学习，认为伪倾斜柔性掩护支架采煤法比较适合于泉塘冲井的开采技术条件。

1 伪倾斜柔性掩护支架采煤法的试验

1.1试采工作面概况

试采工作面为泉塘冲矿井-300m水平的NE803石门4煤层工作面，即NE8432工作面。该工作面上部边界为-243m，下部边界为-293m，北边开切眼以断层煤柱为界，南至NE8422采空区边界。走向长度280m，垂高50m，煤层倾角78～90°；煤层厚度1.6～2.0m，储量3.62万t。煤层顶板为1级，极易冒落；底板为1～2级，抗压性差。

1.2试采工作面布置

NE8432工作面布置方式如图1所示。

1.3支架设计和制作

参照条件相近矿井的经验，该工作面的柔性掩护支架选用“四边”形，辅配MY一型单体液压支柱（调架时使用）。根据煤层赋存条件，支架宽度确定为1.63m，高度为0.815m，巷道断面为0.962m2，支架结构如图2所示。

根据工作面压力和支架宽度计算，支架选用9﹟矿用工字钢，每米6.7架，中间用方木加塞，方木规格为厚43mm，宽150mm。支架底梁长715mm，侧梁长650mm，顶梁长560mm，支梁长440mm，然后用拉马拉紧。钢丝绳选用￠21.5mm（6×19）钢丝绳，每根钢丝绳长约50m，端面焊牢，搭接长5m，用5个绳卡卡紧。支架用四根钢丝绳联接形成整体，绳松紧一致。在工字钢支架梁内侧两边中心位置钻四组φ18孔（单绳用近孔，双绳搭接用远孔），用M16mm×65mm螺杆及M16螺母（螺栓头焊接φ6×40mm挡耳）和夹板四块将绳与支架固定，小夹板40mm×110mm×80mm（孔距70mm），大夹板40mm×130mm×80mm（孔距90mm），支架规格见图2。

1.4试采情况

为了确保伪倾斜柔性掩护支架采煤法安全试采成功，矿井成立了采煤方法改革办公室，并决定在初期支架和试采期间实行管理人员和技术人员现场带班制，对工作面试采进行全过程的现场研究和指导。

1.4.1支架铺设

铺架前在回风引巷开切天眼往南方向挖好地沟，地沟布置在架子中间位置呈倒梯形，上宽0.6m，下宽0.4m，深0.6m，地沟超前铺架3m，并确保达到要求，不留余煤，保证畅通无阻。支架铺设由回风引巷开切眼以北3m处开始，先沿回风巷铺设4根钢丝绳，每根钢丝绳长约50m，4根钢丝绳接头错开10～15m，每个接头两根钢丝绳搭接5～8m，并用5～7个绳卡卡紧卡牢，以防止接头滑动，每根钢丝绳头反卷2～3m，并用绳卡卡牢在另一根钢丝绳上。

每间隔0.78m安装一付支架，并使长腿边靠顶板侧正立，相邻支架之间用撑木撑住。支架腿子紧靠底板，且顶梁与底板垂直，然后用钢丝绳、螺栓、螺帽、撑木与支架连成整体。在安装过程中必须把钢丝绳拉直，螺帽拧紧，绳卡卡牢，用大锤打紧支架，使撑木与支架紧贴在一起，防止支架与钢丝绳之间产生松动移位现象。再用竖横竹折子铺密做假顶，用木条斜压，用铁丝扎紧压紧在支架上，铺架后的地沟高度必须保证有0.4～0.6m的高度，以便运料、通风、行人等。

1.4.2初期调架

当掩护支架铺设长度在回风巷达20m以上，即可在开切眼两侧进行回采工作。第一，先拆除开切眼的四盘树，采开切眼以北底板的煤至架尾，同时按3m的间距依次打好点柱，再采开切眼以北顶板的煤至架尾；第二，依次采溜煤天眼以北顶、底板的煤，且打好点柱；第三，将第一次采完煤的支架放落，并挖好地沟；第四，依次采溜煤天眼以南顶、底板的煤，向上落煤采长为3m，同时按3m的间距打好点柱，形成倾角为10～15°的伪倾斜上山，与开切眼支架形成下拐点；第五，将第二次落煤的支架放落，并挖好地沟；第六，继续往南落煤采长为2m，保持倾角为10～15°的沿煤上山，且与回风巷支架形成一个上拐点；第七，将采完的支架放落，并挖好地沟，整个过程完成了采煤落架第一道工序。

第二道工序：将溜煤天眼以北的支架水平煤下落，溜煤天眼以南按照以上顺序采煤、下放支架。如此循环，将工作面形成25°的伪倾斜沿煤上山，完成初期调试过程。

在初期调架时，第一次的采深不得超过0.6m，正常回采落煤深度为0.8m，只有溜煤天眼以北保持水平架子即可，溜煤天眼以南下拐点按10～20°的斜度下放，其弧度要圆滑，以防止两拐点打皱。

1.4.3工作面落煤

采用炮破落煤，炮眼为双排三花眼布置，眼深0.92m，眼距1.0m，从上往下打眼装药。放炮时，从下往上分段一次爆破，每次爆破长度不超过20m。

1.4.4煤炭装运

工作面爆落的煤炭经搪瓷溜槽溜至附近天眼暂存，余煤经人工扒煤至溜槽内。人工推桶至天眼下接煤，再经采区运输巷电瓶机车运出采区。

1.4.5落架

底煤掏空后，将控架单体卸压，支架在老塘矸石、顶板及支架自重作用下下落，先底板侧下落，再将控架顶起，掏空顶煤，后单体卸下，支架顶板侧下落，重新把单体支起，完成落架全过程。要求工作面支架平直，保持3～5°迎山角，在下出口附近应适当缩短每次下放支架的距离。

1.4.6拆架

掩护支架下放至平巷棚上时，首先要将行人开切眼以内平巷冲好双中栓，再回撤挤门和支架腿子，用煤充实，以防抽底和便于支架担山回撤。回架时必须根据现场实际情况先回平巷支架，再回掩护支架，回架采用回柱绞车。拆除掩护支架前应清理架尾遗煤，架内高度不小于1.2m，支架应调整平直，拆架子应先卸底梁的螺栓，每次卸螺栓必须超过1付支架，然后逐步卸掉其他位置的螺栓，用撬棍和回柱绞车回出掩护支架，每回完一付支架，必须将煤矸用废木或者毛柴挡严，以防煤矸跨落，掩埋后面支架。

1.4.7支架搬运

回撤的支架人工搬至采区车场，从岩石上山运至工作面回风巷安装地点复用。

2应用情况及常见问题的处理

2.1应用情况

泉塘冲矿井在NE8432工作面试验伪倾斜柔性掩护支架采煤法获得成功，并把成功的经验推广至SE9201、NE9212等工作面。现已安全高效地生产煤炭6.3万t，矿井职工已掌握掩护支架工作面生产工艺、操作技术和常见问题的处理。

2.2回采过程中常见问题的处理

2.2.1支架扭斜

经过多次放架，在钢丝绳的拉伸作用下，联接螺丝绳卡会松，因此必须确保安装质量并及时维护。

2.2.2窜矸

由顶板破碎，煤层变厚，支架与顶板间隙增大时，必须借助单体支柱，将支架往顶板方向移动，减少支架与顶板间隙，并及时用木料封闭处理或加密顶柱尽量往顶板调架。

2.2.3支架挂顶啃底

煤层变薄，倾角变小，顶板坚硬，煤层松软时易发生，要及时进行挑顶、破底，并打上一定数量顶柱帮助放架。

2.2.4支架悬空

因煤层变薄、松软所致，此时要加密顶柱帮助支架，减少钢丝绳张力，并及时拆除尾部下放悬空支架。

2.2.5断绳、脱绳

煤层产状变化，工作面褶曲不直，钢丝绳卡松脱或受压力过大引起，应加强检查，操作规范。发现断绳时，应立即用同样型号的钢丝绳，两端搭接长度在4m以上，用8～10副绳卡，将断绳两端联接好。

2.2.6断螺杆、支架变形拉稀

用φ10mm钢丝绳将支架捆在钢丝绳上，拉稀处用料卡紧并用小钢丝绳把它固定在大钢丝绳上。

2.2.7过薄煤带的处理

当煤层变薄支架无法下放时，应根据现场实际情况确定其位置，需要与水平面保持45夹角打好正或反立柱，再用风镐破底或顶板，使其下放。

2.2.8遇到架子翻转情况处理

当底板向顶板翻转时，则在底板打好反立柱，且用单体支柱或千斤顶加压，将支架往顶板平移，使支架往下落架；当顶板向底板翻转时，则在底板打好正立柱，且用单体支柱或千斤顶加压，将支架往底板平移，使支架往下落架。

2.2.9架子撕开，撑木脱落情况的处理

当架子撕开，撑木脱落时则在其位置加工适当长度的撑木斜放在工字钢的中央，用斧头打正。

3 效果与体会

伪倾斜柔性掩护支架采煤法特点是：把回采工作面布置呈伪斜直线，用一定结构形式的掩护支架，将回采工作空间遮掩起来，使之不受冒落岩石的影响；随着回采工作面沿走向的推进，掩护支架在其自重和冒落岩石压力的作用下，紧随工作面移动，采煤工作在掩护支架下进行的一种采煤方法。

与矿井原先采用的水平分层采煤法相比，优点有：生产安全，资源回收率高（由原80%提高到98.5%），吨煤成本降低，坑木消耗少（由原280m3/（万t）降低为27.23m3/（万t），巷道掘进工程量少（万t掘进率降低了70%以上），巷道维修量少，功效高（提高了81%），回采工艺简单，工作面是全负压通风，两个安全出口，通风瓦斯管理、顶板管理方便，煤质提高（灰分降低了20%），利于环保，为管理科学现代化创造条件，为企业减负增效建设标准化矿井打下良好基础。