伪倾斜柔性掩护支架采煤法的应用

陆　江

（盐边县金谷煤业有限责任公司，四川　攀枝花　617100）

伪倾斜柔性掩护支架采煤法的应用

陆江

（盐边县金谷煤业有限责任公司，四川攀枝花617100）

摘要为了实现急倾斜薄煤层的安全、高效开采，对伪倾斜柔性掩护支架采煤法进行了改进，并取得了成功。介绍了伪倾斜柔性掩护支架采煤法在四川盐边金谷煤业公司的应用，论述了采煤系统布置方式以及掩护支架的选型和制作方法，可为类似煤矿开采复杂难采煤层提供借鉴。

关键词伪倾斜；柔性掩护支架；采煤方法；支架选型；采煤系统

四川省盐边县金谷煤业有限责任公司1井位于攀枝花红坭矿区，矿区煤层赋存于三叠系上统大荞地组三滩段，系陆相含煤建造，受地质构造和沉积环境影响，煤层厚度、倾角等产状变化较大，属大部分可采和局部可采的不稳定～较稳定、急倾斜、极薄～中厚煤层。金谷1井开采63＃、61＃、60＃、58＃、52＃、47＃等6层煤，过去采用仓储式、网格状多支巷道式、密集支柱等采煤方法进行开采，不但成本高、产量低、资源浪费大，而且巷道掘进率高、通风困难、生产系统复杂、顶板管理难度大，安全得不到保障。为了实现安全、高效开采，结合采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法，能将急倾斜工作面倾角变缓，工作面呈直线，具有走向长壁采煤法的某些特点，巷道布置和生产系统简单、掘进率低，特别是利用柔性掩护支架隔离采空区，确保工人在掩护支架下安全生产。但考虑到煤层赋存条件复杂，认为其适用性很差，致使改革一时难以实施。自2007年1月以来，公司先后请来攀西煤监分局和攀煤集团太平煤矿工程技术人员进行采煤方法经论证，认为金谷公司1井一半的煤炭资源基本达到伪倾斜柔性掩护支架采煤方法的条件要求，决定进行改革。

首先在金谷1井选择了煤层赋存条件较好的中厚煤层区域，采用架型为1．6 m的单腿支撑式四边形柔性掩护支架进行试采，月产量达6 000～8 000 t。采用架型为1．3 m的四边形柔性掩护支架进行试采，月产量达4 000～5 000 t，扩大了煤层可采范围。对于厚度在1．2 m以下的极薄～薄煤层，赋存不稳定，采场空间高度小，需破硬岩，开采难度大。

1　工作面概况

金谷1井6311采煤工作面位于＋1 905 m水平一区段，区段高度45m，走向长290 m，开采63＃煤层，南翼开切巷道以F121断层煤柱为边界，储量22．3 kt。根据巷道揭露情况和生产地质工作表明，煤层倾角一般为53°～62°，平均55°，局部达80°，煤层厚度0．7～1．3 m，平均1．0 m，煤质中硬局部松软。煤层伪顶相对较软，岩性一般为深灰色泥岩或炭质泥岩，厚度小，随煤体开采而垮落；直接顶为粉砂岩，局部为细粒砂岩，厚度大，裂隙不发育，一般便于维护；老顶为巨厚层状中～粗粒砂岩，较长时间内一般不易垮落［1－3］。底板多以粉砂岩为主，泥质岩较少，个别为细粒砂岩，局部有轻微底鼓现象，一般便于维护。

2　采煤系统布置方式

回采巷道采用单巷布置形式，工作面运输巷和回风巷掘进至南翼F121断层煤柱线，然后由运输巷向回风巷施工倾角38°的伪倾斜上山巷道，联通形成开切斜巷，从而形成采煤、通风、运输等系统。工作面巷道布置见图1。

图1　工作面巷道布置图

开切斜巷贯通后，在回风巷安装掩护支架，利用开切斜巷逐步把水平铺设的掩护支架下放到与水平面成25°～30°夹角的伪倾斜位置，从而形成伪倾斜采煤工作面，然后在掩护支架下采煤，并在回风巷中不断接长架头支架。当掩护支架下放至距运输巷5 m（伪斜小眼长度为8 m）的位置，架尾落平不再下放，沿走向推进正常回采。正常回采时，随工作面推进，从运输巷沿走向每隔8 m施工倾角38°的伪斜小眼向上贯通工作面，同时维持的小眼应不小于2个，以便溜煤、通风行人。当工作面推进到边上山附近10 m时，利用原已布置的边上山做收作眼，逐步将掩护支架下放成水平位置后全部回收。

工作面采下的煤，沿工作面铺设的溜板，经溜煤小眼到运输巷外运。支架材料由区段回风石门运进，经工作面回风巷运到安装地点。回采时，新鲜风流从区段运输石门进入，经工作面运输巷、通风行人眼到采煤工作面，回风流从工作面经回风巷进入区段回风石门排出。

这种改进的伪倾斜上山巷道布置形式与传统的真倾斜上山巷道布置双巷开切眼、收尾眼方式相比，具有突出的优点。既能减少小眼联络巷，又优化了工作面采煤、通风、运输等系统；伪倾斜上山巷道方便行人、运输，避免了冒顶和矸石下滑伤人，施工安全和工程质量得到了有效提升，而且在初采过程中支架架尾随伪倾斜上山开切巷道下放，基本可以避免架尾拆架工作，不仅减少拆架回收工作量，而且减少了煤柱损失。

3　掩护支架的选型和制作

伪倾斜柔性掩护支架采煤法主要采用掩护支架与采空区隔离，支架在自重和采空区垮落的矸石垫层重力推动作用下运动下移。经研究分析和现场观察发现，支架因受力总是具有向侧向的水平方向和倾斜方向运动的趋势，因此，在采煤工作中应采取相应措施，借助围岩压力（或阻力）、支柱支撑、角度调整、架间挤压或牵拉等综合作用，改变支架运动轨迹，同时工人在掩护支架下工作应确保操作空间的安全和方便，从而达到安全采煤的目的［4］。

结合该矿使用柔性掩护支架的实际生产经验，同时考虑到工作面煤层薄，厚度、倾角等产状变化大，平均为1．0 m，若采用原有1．3 m架型的四边形柔性掩护支架，就会增加开采时破硬底岩石工作量，影响劳动生产效率和煤炭质量，同时产生大量的矸石，破坏生态环境。为了避免上述不利因素，同时为今后开采类似条件的煤层提供经验，并确保掩护支架下的安全工作空间，必须进行相应改进。经综合考虑决定在矿井已成功使用的1．3 m架型基础上，通过减少四边形钢梁中的腰肢长度，改造成架高为1．0 m的固定式柔性掩护支架，其他参数不变，并且利用相对成熟的加工制作和安装技术。

柔性掩护支架由四边形钢梁（9＃矿用工字钢制作）和连接这些钢梁的走向钢丝绳组成，架间采用与钢梁四边长度相适应的撑木板（宽150 mm×厚50 mm）控制钢梁间距并防止漏矸，支架间距为170 mm。为了适应煤层变化条件，采用7根d26．5 mm的钢丝绳连接，其中上肢、中肢和下肢各2根（可用1根新的和1根旧的钢绳并行搭配使用），腰肢1根；每段钢丝绳长度加工成20 m并且两端做好封头，钢丝绳搭接长度1．5～2 m并用6个绳卡夹紧，钢丝绳封头距绳卡0．5～1．0 m，防止抽头；钢梁与钢丝绳采用螺栓和钢夹板连接固定，螺栓规格为M16×75或M16×90，钢夹板规格为150mm×100 mm×12mm，并加工成3孔，方便使用。使用时在支架下面打设单体液压支柱控架。实践表明，该掩护支架具有安装操作方便、承载能力强、操作空间相对较大、下放性能好、不易窜矸、不易啃底、对煤层变化适应性强等特点。

4　采煤工艺技术

回采工作一般分3个阶段，即准备回采（安架初采）、正常回采和收尾［5］。工作面按25°～30°伪斜角布置（最大不超过35°，以方便调架和煤炭能自溜为宜），沿走向推进，采用掩护支架隔离采空区，单体液压支柱控架，全部垮落法管理顶板。工作面采用爆破落煤，采煤工艺流程：安全检查→打眼→装药→改柱清底→警戒、爆破→安全检查→出煤、放架、调架→清扫浮煤→收工检查。

5　结　论

通过研究改进柔掩支架型号和工艺，采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法开采地质条件复杂的急倾斜薄煤层取得了成功，月产量达2 500～2 900 t，提高了资源回收率，实现了安全、稳定生产，扩大了适用范围。但由于是生产矿井原有系统改造而来，导致该薄煤层工作面长度过长，达80 m以上，当班不能完成一个循环，不利于劳动生产效率的进一步提高，今后应注意改进调整区段高度，一般工作面长度以40～60 m为宜，这样有利于快速通过地质变化带，加快回采速度。

参考文献

［1］Liu Jianjun，Yu Xianbin，Zhao Jinzhou．Numerical Simulation of Geostress and Pore Pressure Evolution around Oil or Water Well under Different Injection－Production Ratio［J］．Mathematical Problems in Engineering，2013（10）：1155．

［2］Liu Jianjun，Li Quanshu．Numerical Simulation of Injection Water Flow through Mudstone Interlayer in Low Permeability Oil Reservoir Development［J］．Disaster Advances，2012，5（4）：1639－1645．

［3］Jianjun Liu，Linzhi Zhang，Jinzhou Zhao．Numerical Simulation on Open Wellbore Shrinkage and Casing Equivalent Stress in Bedded Salt Rock Stratum［J］．The Scientific World Journal，2013（10）：5．

［4］颜奇峰．浅谈急倾斜煤层伪倾斜柔性掩护支架采煤法［J］．科技创新导报，2013（5）：117．

［5］徐永圻．煤矿开采学［M］．徐州：中国矿业大学出版社，1993：31－32．

中图分类号：TD823．4＋7

文献标识码：B

文章编号：1672－0652（2014）01－0023－03

收稿日期：2013－11－24

作者简介：陆江（1971—），男，四川武胜人，1996年毕业于辽宁工程技术大学，工程师，主要从事煤矿开采技术与管理方面的工作（E－mail）sclujiang＠chinaren．com

Application of Diagonal Flexible Shield Support Coal Mining Method

Lu Jiang

AbstractIn order to mine the steeply inclined thin coal seam safely and efficiently，the diagonal flexible shield support coal mining method was improved and achieved success．Introduces the application of diagonal flexible shield support coal mining method in Sichuan Yanbian Jingu coal mine，discusses the coal mining system arrangement form，selection and production methods of shield support．It can provide a reference for the similar complex coal seam．

Key wordsDiagonal；Flexible shield support；Coal mining method；Support type selection；Coal mining system