伪倾斜柔性掩护支架采煤工艺在急倾斜煤层开采应用

渠 冰 朱昌元

(山东公信安全科技有限公司，山东 枣庄 277100）

1 伪倾斜柔性掩护支架采煤工艺基本原理

在现代煤炭开采工艺中，伪倾斜钢丝绳+工字钢组合柔性掩护支架采煤工艺是指在开采急倾斜煤层时，根据煤层赋存条件和煤层走向，沿伪倾斜布置采煤工作面，变急倾斜65～80°工作面为伪倾斜25～30°的工作面，采用钢丝绳+工字钢组合成柔性掩护支架支撑顶板，沿煤层走向推进的采煤方法。通常情况下急倾斜煤层多为极不稳定的复杂煤层，由于煤层倾角大，按照普通采煤工艺架设支架十分困难，支架的稳定性无法保证，甚至支架无法架设，支撑力更无法保证。通过改进工艺采用伪倾斜钢丝绳+工字钢组合柔性掩护支架，支架的稳定性有了保证，支撑能力有了改善，极大地降低了顶板事故。伪倾斜钢丝绳+工字钢组合柔性掩护支架采煤法，是我国开采急倾斜煤层的一个创举,它已经成为我国开采急倾斜煤层的一种重要的采煤方法。

2 伪倾斜柔性掩护支架采煤法开采过程中局限性

伪倾斜钢丝绳+工字钢组合柔性掩护支架采煤法在开采急倾斜煤层时，由于煤层倾角大，采煤工作面使用的掩护支架结构固定，在下放过程中，对煤层厚度、倾角等产状变化的适应性差。同时，支架对垂直顶板岩层的支撑力减小，沿层面方向的力加大，顶底板易滑落，若采煤工作面支护强度不够或支护质量不良，支架棚腿易内移、折损，巷道易发生片帮、冒顶。井田内由于断层构造的存在，各类断层对矿井开拓布局和工作面回采有较大的影响，断层使巷道开拓布局受到限制，有时巷道还会穿越这些构造带，回采工作面有时也需要强行穿越部分断层，为采掘生产中的顶板管理增加了不利因素。开采时若顶板管理不善、过断层措施不合理或未按安全技术措施施工，易发生片帮冒顶事故。

3 伪倾斜柔性掩护支架采煤法常见问题

（1）采煤工作面安装、初采、撤面安全措施执行不好，支护强度不足，甚至空顶作业容易造成顶板事故；端头处的最后回撤容易造成压力集中，支护强度不足或支架失稳有可能造成冒顶。

（2）采用伪倾斜钢丝绳+工字钢组合柔性掩护支架采煤法，发生冒顶事故较少，但是容易发生片帮。片帮的主要原因是：掩护支架偏斜后没及时调架，支护材料检修不及时或者检修质量不合格；支架空帮没有用木料背实，或煤层厚度发生变化时没及时更换梁架，空帮较大；掩护支架架尾随工作面推进未及时下卧，架尾上翘角超过25°；工作面撬脚、悬空、下坠、打褶的支架未及时处理，工作面支架间连锁钢丝绳出现多股断丝或断绳现象未及时进行维修或更换。

（3）为了确保生产安全，在伪倾斜钢丝绳+工字钢组合柔性掩护支架的应用过程中要经常检查，发现掩护支架偏斜或支架空帮没有用木料背实后及时进行处理，并且要每天对钢丝绳卡进行检查，发现松脱及时拧紧，对断丝超过规定的钢丝绳进行更换。

4 伪倾斜柔性掩护支架采煤工艺的实际应用

4.1 福兴集团有限公司一矿地质条件概况

福兴集团有限公司一矿位于山东省枣庄市峄城区古邵镇福兴庄南，行政区划隶属于枣庄市峄城区古邵镇管辖。该矿采用立井开拓方式，划分为1个生产水平，水平标高-123m。矿井批准开采2、3、14煤层，目前2煤层已开采结束，现开采矿井北翼3煤层和14煤层。该矿井田内断裂构造较为发育，断层走向多以近EW或NE走向为主。以高角度正断层为主，并有少量逆断层。矿井内共有发育断层12条，其中：落差≥100m的6条，50m≤落差＜100m的1条，30m≤落差＜50m的3条，0m＜落差＜30m的2条。矿井地质构造复杂程度属中等类型。福兴集团有限公司一矿现开采的14煤4192采煤工作面煤层倾角约60～90°。老顶为砂岩，厚度为12m，灰白色，以石英为主，层面上含煤质及植物干茎，直接顶为泥岩，厚度2m，深灰～灰褐色，含植物化石，直接底为泥岩，厚度2m，深褐色，含植物化石，具体情况见下表。

4.2 矿井采煤方法的选择

在急倾斜煤层的开采中，可供选择的采煤方法较多，但传统的采煤作业方法在实际开采过程中遇到了不少难题，比如支架倾倒、人员滑落、煤岩滚落伤人等较多安全隐患，耗费了大量的人力、物力和时间，矿井回采效率低。福兴集团有限公司一矿根据本矿井地质构造、煤层赋存条件采用了伪倾斜钢丝绳+工字钢组合柔性掩护支架采煤工艺之后，不仅较多安全隐患得到治理，而且回采效率大幅提高。

表1 福兴集团有限公司一矿地质条件

4.3 福兴集团有限公司一矿采煤工作面概况

4192采煤工作面为北翼14煤-203m标高以上采区的第2个采煤工作面，工作面上部为4113工作面采空区，下部为未采实体煤，14煤层上距已回采结束3煤层平均约130m。该工作面开采标高范围为-133～ -192m，煤层倾角60～90°，平均75°，煤层平均厚度3.0m。

工作面范围内14煤层赋存稳定，煤层结构简单。顶板为八下石灰岩，平均厚3.0m，岩层紧固稳定，抗压强度大，易于控制；底板为平均11.6m厚的泥岩，遇水软化。工作面沿煤层走向布置，走向长度800m，采煤工作面沿煤层伪斜布置，伪斜倾角25～30°，伪斜长度118m。

4.3.1 工作面巷道布置

4192采煤工作面布置上、下平巷，上平巷为-133m标高的4133平巷，下平巷为-192m标高的4192平巷。两巷道均沿14煤层走向布置。

4133平巷为梯形断面，11#工字钢棚支护，巷道上净宽1.6m，下净宽2.6m，净高2.0m，净断面积4.2m2，巷道内铺设轨道，矿车运输，用于工作面回风、行人和辅助运输。

4192平巷为矩形断面，锚网+钢筋梯形梁支护，巷道净宽2.2m，净高2.2m，净断面积4.84m2，用于工作面进风、行人和原煤运输。巷道内铺设刮板输送机，通过立眼与下部的4203平巷相通，原煤由4203平巷的矿车运出。工作面布置示意图见下图1。

4.3.2 采煤方法与工艺

4192采煤工作面采用伪倾斜钢丝绳+工字钢组合柔性掩护支架采煤法，炮采工艺，后退式开采，工作面采用单体液压支柱辅助支设伪倾斜钢丝绳+工字钢组合柔性掩护支架自行下放式顶板管理，掩护支架每次的下放步距为0.8m，随工作面推进随下放支架，全部垮落法管理采空区。

工作面采用爆破配合手稿落煤，平均采高1.0m，循环进尺0.8m。工作面底板挖设溜煤地槽，铺设搪瓷溜槽，爆破落煤后人工攉煤至溜槽内，原煤自溜至工作面下部的4192平巷刮板输送机，经溜煤小眼溜至4203平巷的矿车内。

图1 采煤作业面布置示意图

根据4192工作面煤层赋存情况使用DZ12-300/100、DZ22-300/100型单体液压支柱配合11#工字钢焊接成的多边形（“八”字形，宽0.9m）掩护式支架支护顶板，各支架之间使用3条Φ24.5mm的钢丝绳进行连锁，由U型卡揽固定，形成整体柔性掩护式支架。钢棚与顶板间铺设规格为1×2m的金属隔离网，防止顶梁上部采空区向工作面漏矸。钢梁排距0.125m（中-中），即每米安装8排钢梁。DZ系列单体液压支柱额定工作阻力300kN，迎山角3～5°，间排距1.5×1.0m，液压单体支柱间设防倒连锁绳。掩护支架下放时使用单体液压支柱支设单排点柱，间距1.5m，打在顶板侧，且与底板侧支架腿成三花布置。遇层理、裂隙发育、断层等地段顶板破碎时，缩小单体支柱的柱排距加强支护。

4.3.3 端头及超前支护

端头支护：工作面上下端头使用DZ22-300/100单体液压支柱配合HDJA-1000型金属铰接顶梁支护，单体支柱间距缩小至1.2m，端头支护与超前支护距离不大于0.5m。工作面下平巷保持3个小眼（溜煤、通风、行人眼）。铰接顶梁间增设单体液压点柱配柱帽柱鞋支护。

超前支护：工作面上、下两平巷超前支护长度均不小于20m，沿巷道走向布置两排DZ22-300/100单体液压支柱配合金属铰接顶梁（HDJA-1000型）支护，一梁一柱。工字钢梁与铰接顶梁间用半圆木背实，支柱间设防倒绳连锁。柱距1.0m，排距1.2m。支柱初撑力不小于90kN。人行道宽度1.2m，巷道净高度不低于1.6m，并有专人检查维护。工作面两回采巷道内均存有足量的液压单体支柱、铰接顶梁和柱鞋、网片等备用支护材料。

5 结语

福兴集团一矿使用伪倾斜钢丝绳+工字钢组成的柔性金属掩护支架采煤方法，实现了矿井安全、高效开采急倾斜煤层，这种工艺具有经济实用、安全性高的优点，对有相同或相似地质条件的矿井具有参考价值，可结合矿井自身情况，加以改进应用。