大仰角开采技术在鲍店煤矿8302工作面的应用

徐 斌

（山东能源集团鲍店煤矿，山东 邹城 273513）

1 工作面简介

鲍店煤矿8302工作面位于八采区中部，是八采区3号煤层第二个综放工作面。工作面平均标高-214 m，面长266 m，走向长2 477 m，煤厚5.3～8.5 m，基础储量为437万t。八采区南部受凹陷构造影响、中部受背斜影响，导致煤层倾角变化较大，多个工作面杏行背斜南翼煤层倾角较大，8302工作面374～528 m区段为大仰角煤层，仰采角度13°～19°，总长度154 m。其中374～402 m区段辅顺底板角度为13°，402～441 m区段角度为15°～19°，441 m～528 m区段辅顺底板角度为13°～15°。

2 大仰角对煤层回采影响分析

2.1 工作面底板角度控制困难

辅顺推进至372 m时，正巷角度由-1°直接提升至13°，一次性起坡难度大。工作面回采期间部分区域仰角变化幅度大，影响采高控制及运输机推移。110号架至机尾受断层影响，煤层底板不连续，角度变化较大，影响煤机飘刹刀控制。

2.2 地质构造复杂，顶板控制困难

辅顺长距离沿Ⅷ-F6断层（H=13 m）布置，回采期间110号架至机尾累计揭露Ⅷ-F80（H=2 m）、Ⅷ-F90（H=1.9 m）等7条伴生断层，造成端头顶板破碎，影响工作面正常推进。回采期间，110号架至机尾煤壁受地应力及煤体自重影响，极易失稳片帮，严重影响工作面正常回采。大仰角开采90 m范围位于提高开采上限区域，上覆基岩厚度为80～55 m，存在冒顶（片帮）风险。

2.3 运输机控制困难

工作面大仰角开采区域两巷高差变化较大（21.7～-3 m），需频繁调面及调整支架支护状态，运输机上窜下滑控制困难，同时对顶板管控有较大影响。

3 大仰角开采应用关键技术

3.1 设备改造

1）拆卸煤机上护板，煤机滚筒尺寸由Φ2.5 m改为Φ2.24 m，减小煤机通过高度，保障及时进行飘刹刀管控。

2）将135～150号架长护帮板（1.4 m）更换为短护帮板（1.1 m），加强护帮板对破碎顶板的适应能力，保证煤机通过空间。

3）125～130号架、135~152号架前立柱之间增加护网，防止面前片帮煤、矸进入架间伤人，加强仰斜开采期间对面内工作人员的保护。

4）其它措施：为确保大仰角开采期间顺槽内电缆车组顺利拉移，现场施工采取锚杆加固措施，确保拉移安全。大仰角开采期间，在煤机返机造成电缆折叠的区域安装防电缆出槽装置。优化支架电液控主界面显示，实时显示采高和倾角等参数[1]。

3.2 过程管控

3.2.1 地质预测和观测

对大仰角开采区域煤层倾角进行了大量预测，绘制了17个走向剖面图和33个倾向剖面图，并根据剖面图的角度，制定了推进位置底板角度控制表，动态指导煤机司机飘刹刀，确保顺利回采。

大仰角开采区域超前进行了地质预测，导出仰采指导度数表，受机尾隐伏断层VIII-F90和机头隐伏断层VIII-F92影响，部分区域实际度数与指导度数差值较大。大仰角开采区域超前进行了地质预测，结合开采期间的实际数据，导出仰采度数对照表，通过对比发现，除部分区域受断层等影响差值较大外，87%的区域前期预测角度与实际基本相符。

3.2.2 数据分析

针对大仰角开采期间的管控重点，由跟班及验收员负责记录现场数据，严格执行面对面交接，以便于及时掌握运输机趋势、支架状态、特殊地质情况以及物料备用情况等，动态指导生产。在验收单上重点记录相关数据，掌握割煤情况，调面情况、运输机运动趋势、支架支护状态、特殊地质情况、物料备用情况、开停机情况、辅助零活和工程质量考核情况。

3.2.3 超前起坡顺角度

根据大仰角开采区域推进位置与煤层度数，制定大仰角开采指导度数。机尾通过2号切眼联络巷后（推进至366.2 m），超前逐步进行飘刀，推进至372 m时，机尾底板与巷道底板之间形成高0.5 m的台阶，之后再推进约6 m时，机尾底板顺平正巷底板。根据煤层度数预测，机尾146号架范围支架沿走向方向起坡较快，为避免飘刹刀幅度过大，根据煤层底板预测角度情况，制定煤机飘刹刀指导度数。90～140号架在375～406 m范围，会出现留底煤现象，最大为0.5 m。110～130号架在465～480 m范围，会出现破矸现象，最大破矸约0.2 m，需要及时根据现场情况调整参考角度。

3.3 顶板管控

3.3.1 超前加固

大仰角开采区域（374～528 m）辅运顺槽采帮肩窝位置施工了1路锚索钢带，回采前期在374～428 m非采帮肩窝位置施工了1路锚索钢带。为进一步提高辅顺顶板支护强度，回采期间在374～528 m巷中位置补打了1路锚索钢带。大仰角开采期间，辅顺顶板完整，未出现下沉及漏冒现象。

3.3.2 煤岩体加固

方案1：大仰角开采前期，在未探明VIII-F90等断层的情况下，确定马丽散加注方案为：在辅顺采帮距底板3 m高度处，以60°仰角向工作面预注马丽散，孔深3 m，孔间距6 m，如图1所示。马丽散加注辐射范围小，加注效果差，发生多次片帮冒顶情况。

方案2：大仰角开采后期431～528 m范围，分别在辅顺采帮距底板2 m、1.5 m处，以30°、20°仰角向工作面预注马丽散，孔深为3 m、6 m，孔间距3 m，如图2所示。加注在煤岩交界处，辐射范围大，加固效果较好[2]。

3.3.3 端头维护

145号架至机尾敷设双层金属网配合倾向工字钢动态维护顶板，经过对比试验，现场采用菱形网配合经纬网的双网方式，经纬网提供筋骨保证整体性，菱形网保障抗拉能力，有效提高了双层金属网的强度效果。

3.3.4 重点区域加固

根据8301工作面回采期间监测数据分析，巷道两帮煤体内部应力升高区域为8～12 m，因此大角度仰采期间，机尾146～148号架应加强顶帮观测，及时采取顶帮加固措施，顶帮破碎时及时打注马丽散。

4 大仰角开采试验应用效果

8302工作面推进至374～528 m为大仰角开采区域，仰采角度13～19°，总长度154 m。受隐伏断层影响，140号架至机尾，破矸量大，以回顺正巷为基本原则。110号～140号架，破矸较多，动态调整仰采角度。110号架至机头参考指导度数，沿底回采。辅顺采帮超前加注马丽散、145号架至机尾联双层金属网加工字钢维护顶板，累计使用10 m×1.15 m经纬网约500块、5 m×1.15 m菱形网约600块、工字钢约350根、4 m方木约100根、马丽散约35 t，耗时39天顺利完成大倾角矿段回采工作，平均每天割煤5.3刀。

5 大仰角应用注意事项

1）巷道加固。超前进行巷道加固，加密锚索钢带，提高顶板整体稳定性。断层发育区域，加注马丽散，根据现场情况及时修正加注方案。

2）地质预测。超前进行煤层底板角度预测，制定飘刹刀指导度数表，指导工作面飘刹刀管理，并根据现场观测情况动态更新。必要时对构造进行钻探确认。

3）工程管控。加强现场工程管控，对采高、仰角、煤机速度和支架状态等重点关注，顶底板倾向上均匀平齐[3]。

4）顶板管控。顶板是大仰角开采管控重点，加强顶板基础管理，保证降低采高、提高初撑力和拉超前架落实到位。优化顶板管控方案，根据工作面实际情况探索并制定符合现场的端头动态管控方案和冒顶事故应急处置方案。加强现场支护材料储备，确保单体、工字钢、金属网及马丽散等支护材料储备充足。

5）设备优化。大仰角开采前期，应根据工作面设备配套情况，及时优化调整，更换相关配件，确保大仰角开采的顺利进行及人员和设备的安全。

6）安全防护。大仰角条件下组织生产和检修作业，进行清单式管理，列出大仰角回采影响涉及的工序及零件清单，逐项制定安全管控措施，确保安全作业[4]。

6 结论

鲍店煤矿8302工作面仰采角度13°～19°，总长度154 m，该工作面地质构造复杂，底板角度控制难度和顶板控制较大。通过采取大仰角开采关键技术，包括设备改造、过程管控、现场管控和顶板管控等控制措施，顺利完成了大倾角矿段回采工作，累计耗时39 d，平均每天割煤5.3刀，采矿效率较高。