伪倾斜柔性掩护支架采煤方法在急倾斜煤层中的应用林在峰（开滦（集团）兴隆县久长矿业有限公司 承德： ） 摘要 在世界各国的煤炭开采中，急倾斜煤层的开采一直是一个世界性的难题。近几年，我国相继研制了大倾角自移式液压支架，能适应煤层的最大倾角达近60，但支架结构复杂，操作困难且故障率高，同时，支架重量大，运输、安装、拆除都非常困难，还存在巷道掘进率高、煤炭损失率高、工人劳动强度大及开采效益低的致命缺陷。而本文推广的大角度伪倾斜柔性掩护支架采煤法具有：支架整体强度高、安全可靠、适应性强、安装拆解方便、工序简单、工作面空间大、效率高、工人劳动强度小等特点。关键词 厚煤层 急倾斜 伪倾斜柔性掩护支架 采煤方法0引言我公司井田的煤层就属于这种赋存条件，建井20多年以来先后采用传统的巷柱式采煤和简易的地沟式采煤方法。以上两种采煤方法，安全事故多、工人劳动强度大、工作环境恶劣和资源回收率低（最低的还不足40%）。为彻底解决本公司采煤方法问题，实现回采工作面的转型换代并为集约增产、内涵增效和打造本质安全型矿井创造条件，2011年11月经与北京诚田恒业煤矿设备有限公司合作，针对我公司资源条件，专门研制了新型柔性掩护支架，该液压支架为液压系统控制、多段、多边形的设计结构，支架尾梁由液压缸伸缩控制实现摆动可使支架顺利通过煤层厚度变化频繁的特殊地质构造带，又可在煤层变厚时，利于侧放煤；在支架主梁靠近导向梁位置留有柱位，以便加挂支柱辅助支撑或用于调整支架状态。这一特点在国内、外绝无仅有。在国内属首面开采。开采实践表明，该支架从根本上改变了现有支架不能适应煤层厚度及倾角变化的不足和缺陷，解决了工作面安全状况，形成了大空间的安全环境 ，通风状态明显改观，有效地避免了瓦斯事故，工作面生产能力、回采率和回采效率明显提高。1、矿井资源条件1.1、地质构造：开采井田位于平顶山向斜的南、北两翼，区内派生构造多，中、小型褶皱发育，落差在25m的断层多，地质构造较复杂。1.2、煤层及顶底板：井田含煤地层为中生界侏罗系下统下花园组，煤层倾角较大，倾角一般在40-63之间，平均51。煤层厚度一般为0.7m（最低可采边界）8.50，属较稳定煤层。煤层直接顶板为鳞片状的黑色页岩、炭质泥岩，随采随冒，属类不稳定顶板。老顶为浅灰色板状钙质泥岩、钙质粉砂岩采动时老顶来压明显，属级顶板。煤层直接底板为灰黑色砂质页岩、泥岩，老底为黑灰色砂岩。1.3、水文地质：矿井水文地质条件为中等，井下正常涌水量20m/h,最大涌水量50m/h。1.4、瓦斯和煤尘：矿井相对瓦斯涌出量4.32m/t，绝对瓦斯涌出量0.665 m/min。煤尘爆炸指数为29%，煤层自燃发火倾向性为级，矿井属瓦斯矿井。2、矿井工程条件2.1、开拓方式：斜井开拓；2.2、采区布置方式：下山采区，双翼开采；2.3、矿井通风：抽出式通风方法，中央边界式通风方式；2.4、工作面条件：工作面煤层厚度34 m，倾角52，走向长400 m，倾斜长30m，伪斜坡度25。回风、运输平巷顺煤层走向沿顶板布置，采用“25U型”钢拱形支护，净断面积5 m2。采用爆破落煤，搪瓷溜槽自溜，柔性掩护支架上下交替循环支护。3、工作面回采工艺3.1、支架技术原理：液压支架由多段整体箱式结构件组成多边形支架，架间采用3至5道高强度圆环链连接并配合液压系统，形成了对开采空间的全封闭支护，支架顶端固定支撑煤层顶板，支架中部支撑顶板的跨落物，支架下部支撑底板侧，开挖工作面煤炭，使支架底部支撑悬空，在上部跨落物的垂直压力下，支架沿顶板自动下移并自动支撑。遇煤层产状变化支架通过各肢之间的液压油缸实现自动调整，整个工作面支架均按照工艺设计形成自移。3.2、支架结构根据我公司的资源开采条件及113工作面的具体情况，我公司设计的柔掩支架架型为ZRY27/35L，其主梁长1900mm，掩护梁加尾梁长1980mm，支架垂高1618mm，支架最大长度3530mm，最小长度2660mm。与原有柔掩支架相比，增大了主梁长度，垂高不低于1600mm，这样可保证操作人员的作业空间。柔掩支架组成结构情况见图1图4.柔掩支架架型结构图1图1支架由导向梁（首肢或头肢）、主梁或顶梁（次肢或二肢）、掩护梁或背梁（中肢或三肢）、摆梁或尾梁（尾肢或末肢）中的三到四部分组成，各肢之间呈一定固定或可调夹角；相邻支架由三到四处连接装置进行连接。支架的后视图2图2柔掩支架工作面上变坡点示意图3图3从图2和图3可以看出，支架梁宽自主梁向尾梁为上宽下窄的倒锥形，这样可保证支架在工作面与上顺槽连接处以及工作面内坡度变化时能顺利实现变坡，而不致于尾梁咬架，支架连接方式图4图4支架间连接采用圆环链式连接。共三道连接，主梁两道，掩护梁一道，主梁采用三环链连接，掩护梁采用五环链连接，这样既保证了支架间的柔性，又可保证工作面支架与下顺槽连接处顺利实现变坡。3.3、回采工艺3.3.1、采面正立面图图5支架在工作面为伪斜2530布置，工作面运输顺槽单巷掘进，回采时超前预掘漏煤眼，其间距为中对中8m，断面为1.2*1.2m正方形。工作面下端支架支护要超过两个漏煤眼，即前部漏煤眼运煤，后部漏煤眼作为行人、拆架、运料通道。回风顺槽超前支护由柔掩支架完成；运输采用加密25U型钢拱形金属棚做为下顺槽超前支护。3.3.2、巷道布置及工艺流程支架沿顶板布置，一端由导向梁贴顶板（或煤壁）支撑，另一端由尾梁支在底板（或底煤）上形成支架的两个最基本的支点；随着煤壁或煤槽（地沟）推进或开挖，支架的两支点失去支撑，在架后（采空区）矸石推挤和本身重力双重作用下实现移动，其工艺流程如图6至图9所示。3.3.2.1、放炮破煤 图6在分段台阶处大致沿台阶（工作面）坡度方向打眼（厚煤层还可向掩护梁和尾梁侧帮里打眼放松动炮落帮煤），放炮前提起该部位支柱或卸载，然后分段放炮。3.2.2、2溜煤运煤图7随着响炮煤体被松动、抛开和自溜，通过搪瓷溜槽运至储煤眼。3.3.2.3、支护（图8）清净放炮崩落的煤炭，该部位的部分支架失去支撑由采空区矸石推挤和支架本身的重量下落，支架将采空区与操作空间隔开，阻挡矸石涌入，维护操作空间安全，起掩护作用；同时，在由顶板自承、煤壁支撑、底板自承、采空矸石及支架联合支撑所构筑的受力体系中，支架只起到辅助支撑作用。3.3.2.4调整好的支架状态（图9）用顶梁单体液压支柱配合尾梁千斤顶调整好支架状态并将支柱和尾梁按支柱初撑力进行注液打压完成一个放炮落煤小循环。如此重复13工序，直至完成整个工作面循环。4、支架使用对比4.1、传统柔性掩护支护的缺陷传统柔性掩护支护材质为普通的11工字钢，按一定长度和角度折弯焊接而成，强度较低，一般八字型或四肢型支架最大弦长不超过2.2米，行人空间狭小，因高度不足而只能采用台阶式出煤方式，台阶方式出煤不仅每个循环的出煤量少，而且在台阶处极易出现因阻断风流而发生瓦斯事故。因支架各肢均为固定焊接，其形状及整体性所致运输困难；支架间用几道钢丝绳配合木板螺栓固定连接，安装、拆架及挤架处理困难；且不易固定，木板易掉，极易出现漏煤漏矸等不安全隐患；因支架为固定焊接且自身无动力，因此对煤层厚度变化及倾角变化适应性差，进而还存在巷道掘进率高、煤炭损失率高、工人劳动强度大及开采效益低的致命缺陷。4.2、针对传统柔掩支护的缺陷，该型柔性掩护液压支架特点4.2.1、支架各肢由箱体焊接件组成，支架原材料选用高强度钢板（Q690），并对焊接结构件进行热处理，以消除焊接应力，确保支架整体强度得到极大提高，安全性更加可靠，由于强度足够，因此完全可以根据煤层厚度需要设计与煤层相适应的支架。4.2.2、各肢采用分段直式箱体组装方式，拆解方便，便于支架在井下的运输。4.2.3、保证支架在井下支设后法线高度不低于1.6米，这样可以确保行人高度。进而可以改变传统柔掩支架因高度不足而只能采用台阶式的出煤方式，可以采用斜坡下扎打眼分段装药响炮的落煤方式。该方式不仅提高了工作面的生产能力而且从根本上杜绝了通风事故的发生。4.2.4、架与架之间用3-5道高强度圆环链连接，强度大，安拆简单，柔性更好。4.2.5、支架采用液压装置，一方面可以通过尾梁的伸出和收回极大地提高了对煤层厚度及倾角变化的适应性，另一方面还实现了自带动力支架自移。从而减少了工序，极大地减轻了工人的劳动强度。5、主要安全技术措施5.1、掘进超前眼5.1.1、掘进起眼时（规格：净1.2m1.2方眼），直接在5m2U拱形棚梁子上扣盘，第一圈眼料用8号铁丝捆绑在梁子上，捆绑牢固，材质为直径不小于12mm，长1.5m的硬质圆木，砍壳深度为直径的1/51/4。 5.1.2、超前眼掘进，一旦发生抽冒要立即将下口插严，严禁放煤，并及时通知工作面人员撤离受波及区域，并将工作面上、下出口打好警戒栅栏，人员严禁通行。5.2巷尾出煤5.2.1、巷尾出煤采用一次性打眼放炮，炮后如煤不下来巷尾空着时，回棚子到实茬煤处再打眼响炮，5.2.2、出煤口必须拦好1/2的影子，严禁敞口放煤，放煤口拱形棚子梁下打好中柱，防止棚子变形。5.3、扩面、摆架子5.3.1、扩面一律沿顶板进行，防止安装架子时不牢固，便于工作面回采。5.3.2、扩面回拱型棚子一次1架，如煤质松软，用撞楔打好控制顶板，控制好上顶后再回撤拱型棚子。5.3.3、扩面以手镐作业为主,如小面煤质坚硬，手镐刨不动时（柱窝），可以响炮。5.3.4、当顶板回风巷面扩好后，开始摆架子，摆架子按照安装架子的程序进行。5.3.4、摆架子过程中要随时注意观察顶板巷的支护状况及压力变化，如有问题必须停止摆架子工作，进行处理。摆架子与扩面不许同时作业。5.4、爆破落煤与落架子5.4.1、沟面伪倾角保持在25-28度，局部最大不得超过30度，否则必须暂停落煤，加快扩、摆进度，及时调整好沟面伪倾角。5.4.2、正常回采时,上巷平架子要保持15架,下巷保持2个小眼,确保正常通风、行人和溜煤。5.4.3、工作面内必须采取自下而上分段放炮的方式，响炮后，必须先把本段煤出清，架子落好后再进行下一段响炮。每段响炮后，必须自下而上把该段煤出净，保持沟面作业空间高度不小于1.6m，然后再进行下一阶段崩沟，防止炮后堵沟，造成不能通风或瓦斯积存。5.5、下巷尾端拆架子5.5.1、拆架子时，工作地点后方必须至少有2个眼，保证出煤，运料，通风和行人。5.5.2、拆架子必须由里向外后退式进行，尾端支架数量不少于21架。5.5.3、拆架子时，人员要站在有掩护支架的地点进行操作，不许站在应回架子的下方或里边无掩护支架的地方操作。6、主要技术经济效果 工作面月单产能力9000t（以面长30m、采高2m计）、回采率95%、直接工效8.1t/工、掘进率60 m/万t、坑木消耗11 m3/万t。工作面单产能力、回采率和直接工效分别比一般柔性掩护支架采煤方法提高50%、20%和125%，掘进率和坑木消耗分别比一般柔性掩护支架采煤方法降低50%和70%。7、结语伪倾斜柔性掩护支架采煤方法在急倾斜煤层中的应用，可达到采面生产系统简单、产量均衡，通风可靠，产尘量小、操作安全，具有技术含量高、适应性强、安全系数大、工人劳动强度低，煤炭回收率高，劳动效率高等明显的经济和社会效益优势，是开采急倾斜煤层最有效的采煤方法之一。林在峰， 1967年7月生，男，河北省平泉县人，职称：采矿工程师，学历：华北矿业高等技术专科学校采矿工程专业专科毕业，研究方向：采