“柔掩”采煤法在急傾斜“小角度”煤層的研究與實(shí)踐

周宏范

（1.安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽 淮南232001；2.國投新集能源股份有限公司三礦，安徽 淮南232001）

0 概況

國投新集三礦屬急傾斜煤層，瓦斯礦井，主采煤層為13-1 煤、11-2 煤和8-1 煤，采用偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法。該礦井于1996 年10月投產(chǎn)，礦井一水平儲(chǔ)量已經(jīng)基本采完，現(xiàn)在全部進(jìn)入二水平生產(chǎn)。隨著礦井向深部延伸，煤層傾角不斷變小，局部已經(jīng)小于50°，且煤層賦存條件越來越差，傳統(tǒng)的柔性掩護(hù)支架及回采方法已越來越不適應(yīng)該條件下的安全回采。為了進(jìn)一步提高資源回收率，減少工作面刮矸量，保證支架順利下放，該礦通過研究與實(shí)踐，在251308 工作面采用了改造新型掩護(hù)支架配合單體液壓支柱“領(lǐng)架”的方法，成功對急傾斜“小角度”采煤工作面進(jìn)行安全高效回采，取得了較好的效果。

1 工作面概況

251308 工作面位于該礦二水平西五采區(qū)東翼， 西起-480m 西五石門，東至-480m 西五石門東740m，可采走向長700m，平均階段垂高33.8m；受地質(zhì)構(gòu)造影響，該工作面內(nèi)地層傾角變化大，-480m 西五石門以東500m 至開切眼范圍內(nèi)局部煤層傾角40°～57°， 平均傾角45°。傳統(tǒng)的柔性掩護(hù)支架下放極其困難，工作面極易刮底板矸石，頂板管理難度也大，工作面推進(jìn)緩慢，資源回收率低，嚴(yán)重制約單產(chǎn)和煤質(zhì)的提高，同時(shí)對采空區(qū)防滅火管理帶來一定難度。

2 解決的方法和措施

2.1 支架的改造

該礦原有掩護(hù)支架頂、底板側(cè)架腳與架料橫梁夾角分別為140°、120°，為適應(yīng)現(xiàn)場條件，方便支架下放，將掩護(hù)支架頂、底板側(cè)架腳與架料橫梁夾角分別為150°、155°，且在下肢架腳上增加了滑撬板，部分支架上肢增加了擋板，以便于支架的下滑和單體斜撐。 如圖1。

圖1

2.2 施工方法及措施

2.2.1 支架安設(shè)

（1）首先在巷道內(nèi)沿頂板側(cè)支設(shè)一排架梁，梁為2m×φ20～24cm 半圓木，支柱為單體液壓支柱，一梁三柱，支柱必須支設(shè)在半圓木與棚梁對應(yīng)正下方，半圓木與棚梁接觸要嚴(yán)密，不實(shí)處加木墊板，支架在架梁下安裝。

（2）支架沿頂板擺設(shè)，安裝時(shí)上肢超前下肢0.2m，架間距（中～中）167mm，每米6 根。 支架架下安設(shè)3 根鋼絲繩，鋼絲繩φ30～40mm，上、中、下肢各一根，用兩眼板固定鋼絲繩，連接支架和鋼絲繩時(shí)，要求鋼絲繩拉緊。

（3） 每兩根架子間安裝3 塊代用梁，3m 支架中間代用梁規(guī)格為長×寬×厚=1.1m×0.13m×0.05m 的木板， 兩端代用梁規(guī)格均為長×寬×厚=0.9m×0.13m×0.05m 的木板。

（4）頂板棚腿或架梁支柱隨支架安裝而逐根回撤，但不得提前進(jìn)行。 頂板棚腿回撤前， 采用單體液壓支柱配合半圓木 （1.8m×Φ18～22cm） 在待回棚腿兩邊分別支設(shè)好托頂護(hù)幫， 托頂生根必須牢固有勁，防止抽漏。

（5）每隔2m 安裝一根帶有擋板的支架，在其下方支設(shè)一根單體液壓支柱，單體支柱必須用3 分鋼絲繩配合繩卡（12#）固定在支架上肢鋼絲繩上，繩卡必須將3 分鋼絲繩卡緊卡牢，防止脫落造成單體液壓支柱傾倒。

（6）支架安裝示意圖（圖2）。

圖2

圖3 架下爆破炮眼施工布置支設(shè)示意圖

2.3 工作面支架下放及領(lǐng)架

2.3.1 支架下放

（1）當(dāng)支架安裝壓實(shí)茬長度超過15m 時(shí)即可進(jìn)行初次下放架子，具體工藝為：回棚(拴繩頭) →打眼→裝藥→聯(lián)線→放炮。

（2）炮后自下而上出煤，采用自滑溜槽出煤至機(jī)巷刮板機(jī)運(yùn)出。

（3）采用邊出煤，邊掛溜槽，并及時(shí)設(shè)好支柱的方法。 斜架內(nèi)的單體液壓支柱安設(shè)在支架上肢，并迎山支設(shè)，不得退山，迎山角不大于5°。

（4）架子正常推進(jìn)時(shí)，工作面?zhèn)蝺A角保持在25°～30°之間，不得超過35°。 架子仰角保持在不大于煤層法線方向的5°。

（5）斜架子地溝高度在1.2～1.5m 之間，架內(nèi)支柱齊全，支設(shè)在實(shí)碴上。

2.3.2 領(lǐng)架方法

（1）變架下炮眼傳統(tǒng)的“八”字雙排炮眼布置方式為平行頂板雙排炮眼布置，破頂板側(cè)煤，保留底板側(cè)煤，以給單體主動(dòng)斜撐提供支撐領(lǐng)架空間，減少刮底板。

（2） 單體設(shè)向頂板側(cè)， 通過向單體液壓支柱注液，單體通過支架擋板斜撐主動(dòng)領(lǐng)架，將支架領(lǐng)向頂板側(cè)。通過主動(dòng)斜撐控制支架領(lǐng)向頂板側(cè)，而不是傳統(tǒng)的加大支架仰角減少刮矸，減少頂板暴露面積和支架刮矸量，防止了頂板暴露過多發(fā)生頂板竄矸的危險(xiǎn)，保障了工作面的安全正常推進(jìn)。

（3）炮眼布置及支架主動(dòng)領(lǐng)架工藝如圖3。

3 主要優(yōu)點(diǎn)

通過這種新型的引領(lǐng)支架的方式，增大了急傾斜煤層開采中偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法適用的范圍，解決了煤層變緩時(shí)支架容易刮矸石的難題， 盡最大可能地減少或者避免支架回采過程中刮矸石的程度，減少頂板暴露面積改善了工作面的作業(yè)環(huán)境，避免出現(xiàn)了斜架子出貨過程中竄矸傷人現(xiàn)象的發(fā)生；同時(shí)，加大了工作面的推進(jìn)度，保證煤質(zhì)、產(chǎn)量的完成，避免了跳采帶來的資源浪費(fèi)，也為工作面的防滅火工作面帶來極大的好處。

4 結(jié)束語

該種回采方法已經(jīng)在三礦試采成功，下一步將廣泛使用。 它的成功使用提高了該礦資源回收率，增加工作面架下空間，減少工作面刮矸量，改變了過去被動(dòng)下放轉(zhuǎn)為主動(dòng)引領(lǐng)支架的局面，從而能夠人為的通過對單體液壓支柱的加、泄壓及調(diào)整支設(shè)角度來隨意向頂、底板引領(lǐng)支架，使工作面能夠順利、安全回采，解決了急傾斜煤層傾角在45～60°之間的工作面回采困難的問題。