复杂倾斜煤层安全开采设备管控技术研究＊

王冲 高鹏 海青锐

（1.国家能源集团黄玉川煤矿，内蒙古鄂尔多斯 010300；2.中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院，北京 100083）

0.引言

近些年来，随着浅部煤炭资源的日益枯竭，煤矿开采开始向深部推进。深部开采环境愈加复杂多变，高地应力作用下的煤矿围岩变形更加剧烈[1-3]。同时，随着煤炭开采技术和机械设备的不断升级，煤矿开采强度也在不断增强[4-6]。在此背景下，煤矿各类事故的发生率也有所提升。调查分析煤矿安全类事故发现，支护不到位引发的事故占有较大的比例[7-9]，严重影响了矿井的安全高效生产。因此，必须重视矿井支护技术，以保证矿井安全高效生产。

1.工程概况

黄玉川煤矿井田东部二水平一盘区，南部临近DF5断层，背部邻近DF6断层。工作面平均推进长度为1200m，工作面长度为250m，煤层厚度8.4m～12.85m，平均厚度11.2m，容重为1.4t/m3。直接顶为厚度7m的细砂岩，老顶为厚度16m粗粒砂岩，直接底为泥岩。工作面位于上覆4#煤采空区下方，煤层间隙平均75m。

2.回风顺槽“一梁六柱”支护

综采工作面回风顺槽回采处于上覆4#煤采空区下方，4#、6上煤煤层平均间隙75m且采动间隔时间短（不足一年），受二次采动影响，矿压显现非常剧烈，巷道变形量大（最严重区域顶底形变量超过2m），以往按照回采经验，采用单体+柱靴（柱帽）支护，单体每排支护4根，支护强度偏小，主动支护效果较差，导致巷道变形量大，严重影响安全生产。针对回风顺槽受二次采动影响、巷道变形量大，提出“一梁六柱”的支护方式，同时加大超前支护距离。具体为：采用π型钢梁+单体支护，每排支护六根单体，排距为1m（间距为550mm、550mm、1100mm、550mm、550mm），巷道压力大时可将排距减小为800mm，将超前支护距离增大为50m以上，有效主动的支护回风顺槽顶板，显著的减小了巷道形变量。

回风顺槽单体主动支护强度较之前大大提升：原采用每排支护4根单体体时支护强度为0.065MPa，采用“一梁六柱”时单体支护强度为0.098MPa，支护强度提升1.5倍。（为方便计算，只计算单体的支支护作用，不计算原巷道顶板支护强度）。使用π型钢梁支护可扩大单体作用范围，实现使载荷趋于均匀。钢梁将6根单体连接在一起，可均衡单体受力，共同形成组合支护系统，提高整体支护能力。

同时考虑回风顺槽单体打设较多，打设难度系数大，一般单体重量均在100kg以上需要多人配合进行支设，费时费力且安全隐患较多，矿回风顺槽坡度为12°～16°，最大坡度达18°，在坡度段时支设难度尤为突出。为有效解决该问题，我们自行研究设计了自移迈步式单体支护车，该单体车通过使用废旧阀组、工字钢及液压油缸，利用阀组集中控制液压油缸伸缩运动的特性，设计制作了集迈步移动、存储及支护单体于一体的自移迈步式单体支护车，有效保障作业人员的人身安全解决了坡度段支护时单体容易倒落伤人的安全隐患；同时因使用单体车固定、调整单体的支设位置，大大减轻了人员的作业强度和难度，同时《单体支护车》项目荣获2017年度国家实用新型专利。

3.支架防倒方案

3.1 一般倒架

（1）快速降低采高，减少支架重心高度；出现顶板破碎、倒架时保证支架采高不大于3.6m；

（2）调整支架侧护间隙，选择在支架间隙较大的支架处开始扶架，由上向下进行排开支架顶梁间隙，使倒架区域支架有可扶架的空间；

（3）同时使用顶梁+尾梁侧护板进行扶架，两人配合操作，收上架侧护打本架侧护；

（4）密切关注前溜的上窜下滑情况，每刀煤由机头共根据前溜至副帮的距离判断运输机是否上窜下移，重点关注工作面推拉杆及推拉头摆动趋势，发现窜动苗头，及时采取加甩刀方法控制运输机窜动。

3.2 严重倒架

（1）若支架侧护板存有间隙：从顶板完好区域开始由下向上拉架，收上架侧护打本架顶梁+尾梁侧护，拉完本架后侧护板手把不要回，保证倒架区域侧护板逐架顶紧，防止倒架加重；

（2）若支架侧护板无间隙：选择在支架间隙较大的支架处采用煤机辅助扶架（注意幅度，严禁损坏煤机、支架配件），由上向下进行排开支架顶梁间隙，使倒架区域支架有可扶架的空间；排出间隙后采取上述（1）方法进行扶架；

（3）适当调整架形使支架尾梁向机头方向摆放（使用底调油缸），顶梁向机尾摆放，加大顶梁有效接顶面积，从而减少顶板对支架的翻转力矩；切记不能大范围调整架形，否则会加速运输机上窜，导致大面积倒架。倒架区域顶板完整后及时调正架形（支架与煤壁垂直），防止由于架形出现的运输机窜动；

（4）加强工作面工程质量，保证工作面平直，底板平整无台阶，防止由于坑包导致的倒架；

（5）设备问题必须处理，重点时支架动作慢和侧护爆管的，防止影响扶架效果。

4.大坡段各类备件防倒防滑方案

4.1 工作面防倒、防滑措施

由于工作面倾角大，最大坡度达18°，而且受架间喷雾以及冲洗支架等原因影响，常常导致支架脚踏板湿滑，人员在架间人行通道行走时存在较大安全隐患。为此，利用废旧网片加工脚踏板防滑网，大大增加了脚踏板摩擦力，并在支架立柱上安设扶手，避免了人员行走时出现滑到摔伤等现象，有效杜绝了安全隐患。

4.2 两顺槽防物件滚轮措施

工作面为俯采工作面，两顺槽下坡坡度在12°～16°，为了防止物件滚落导致的人身伤害事故发生，矿制定大坡度防物件滚落制度，制度中要求所有物件必须使用小链或防倒钩一段头固定在物件上，一段头固定在巷道帮网或锚杆上，同时要求在坡度段每隔20m安设防物件滚落装置一个，并加大日常管控力度，有效杜绝了物件滚落导致的伤害。

5.结语

在工作面回采过程中，该矿结合实际总结经验提炼出一套俯斜采工作面支护方案，实现了俯斜开采煤层实质性突破，通过管控好回风顺槽巷道变形量、工作面运输机窜动、液压支架防倒及倒架处理、各项大坡度作业管控等各项工作，有效解决了各种回采难题，改善了矿工工作环境，减轻了员工的劳动强度，确保煤矿的安全生产。俯斜工作面取得的成效对该区域俯斜采煤层的安全高效开采提供了一定的指导意义。