復(fù)雜傾斜煤層安全開采設(shè)備管控技術(shù)研究＊

王沖 高鵬 海青銳

（1.國家能源集團(tuán)黃玉川煤礦，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 能源與礦業(yè)學(xué)院，北京 100083）

0.引言

近些年來，隨著淺部煤炭資源的日益枯竭，煤礦開采開始向深部推進(jìn)。深部開采環(huán)境愈加復(fù)雜多變，高地應(yīng)力作用下的煤礦圍巖變形更加劇烈[1-3]。同時，隨著煤炭開采技術(shù)和機(jī)械設(shè)備的不斷升級，煤礦開采強(qiáng)度也在不斷增強(qiáng)[4-6]。在此背景下，煤礦各類事故的發(fā)生率也有所提升。調(diào)查分析煤礦安全類事故發(fā)現(xiàn)，支護(hù)不到位引發(fā)的事故占有較大的比例[7-9]，嚴(yán)重影響了礦井的安全高效生產(chǎn)。因此，必須重視礦井支護(hù)技術(shù)，以保證礦井安全高效生產(chǎn)。

1.工程概況

黃玉川煤礦井田東部二水平一盤區(qū)，南部臨近DF5斷層，背部鄰近DF6斷層。工作面平均推進(jìn)長度為1200m，工作面長度為250m，煤層厚度8.4m～12.85m，平均厚度11.2m，容重為1.4t/m3。直接頂為厚度7m的細(xì)砂巖，老頂為厚度16m粗粒砂巖，直接底為泥巖。工作面位于上覆4#煤采空區(qū)下方，煤層間隙平均75m。

2.回風(fēng)順槽“一梁六柱”支護(hù)

綜采工作面回風(fēng)順槽回采處于上覆4#煤采空區(qū)下方，4#、6上煤煤層平均間隙75m且采動間隔時間短（不足一年），受二次采動影響，礦壓顯現(xiàn)非常劇烈，巷道變形量大（最嚴(yán)重區(qū)域頂?shù)仔巫兞砍^2m），以往按照回采經(jīng)驗(yàn)，采用單體+柱靴（柱帽）支護(hù)，單體每排支護(hù)4根，支護(hù)強(qiáng)度偏小，主動支護(hù)效果較差，導(dǎo)致巷道變形量大，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。針對回風(fēng)順槽受二次采動影響、巷道變形量大，提出“一梁六柱”的支護(hù)方式，同時加大超前支護(hù)距離。具體為：采用π型鋼梁+單體支護(hù)，每排支護(hù)六根單體，排距為1m（間距為550mm、550mm、1100mm、550mm、550mm），巷道壓力大時可將排距減小為800mm，將超前支護(hù)距離增大為50m以上，有效主動的支護(hù)回風(fēng)順槽頂板，顯著的減小了巷道形變量。

回風(fēng)順槽單體主動支護(hù)強(qiáng)度較之前大大提升：原采用每排支護(hù)4根單體體時支護(hù)強(qiáng)度為0.065MPa，采用“一梁六柱”時單體支護(hù)強(qiáng)度為0.098MPa，支護(hù)強(qiáng)度提升1.5倍。（為方便計算，只計算單體的支支護(hù)作用，不計算原巷道頂板支護(hù)強(qiáng)度）。使用π型鋼梁支護(hù)可擴(kuò)大單體作用范圍，實(shí)現(xiàn)使載荷趨于均勻。鋼梁將6根單體連接在一起，可均衡單體受力，共同形成組合支護(hù)系統(tǒng)，提高整體支護(hù)能力。

同時考慮回風(fēng)順槽單體打設(shè)較多，打設(shè)難度系數(shù)大，一般單體重量均在100kg以上需要多人配合進(jìn)行支設(shè)，費(fèi)時費(fèi)力且安全隱患較多，礦回風(fēng)順槽坡度為12°～16°，最大坡度達(dá)18°，在坡度段時支設(shè)難度尤為突出。為有效解決該問題，我們自行研究設(shè)計了自移邁步式單體支護(hù)車，該單體車通過使用廢舊閥組、工字鋼及液壓油缸，利用閥組集中控制液壓油缸伸縮運(yùn)動的特性，設(shè)計制作了集邁步移動、存儲及支護(hù)單體于一體的自移邁步式單體支護(hù)車，有效保障作業(yè)人員的人身安全解決了坡度段支護(hù)時單體容易倒落傷人的安全隱患；同時因使用單體車固定、調(diào)整單體的支設(shè)位置，大大減輕了人員的作業(yè)強(qiáng)度和難度，同時《單體支護(hù)車》項(xiàng)目榮獲2017年度國家實(shí)用新型專利。

3.支架防倒方案

3.1 一般倒架

（1）快速降低采高，減少支架重心高度；出現(xiàn)頂板破碎、倒架時保證支架采高不大于3.6m；

（2）調(diào)整支架側(cè)護(hù)間隙，選擇在支架間隙較大的支架處開始扶架，由上向下進(jìn)行排開支架頂梁間隙，使倒架區(qū)域支架有可扶架的空間；

（3）同時使用頂梁+尾梁側(cè)護(hù)板進(jìn)行扶架，兩人配合操作，收上架側(cè)護(hù)打本架側(cè)護(hù)；

（4）密切關(guān)注前溜的上竄下滑情況，每刀煤由機(jī)頭共根據(jù)前溜至副幫的距離判斷運(yùn)輸機(jī)是否上竄下移，重點(diǎn)關(guān)注工作面推拉桿及推拉頭擺動趨勢，發(fā)現(xiàn)竄動苗頭，及時采取加甩刀方法控制運(yùn)輸機(jī)竄動。

3.2 嚴(yán)重倒架

（1）若支架側(cè)護(hù)板存有間隙：從頂板完好區(qū)域開始由下向上拉架，收上架側(cè)護(hù)打本架頂梁+尾梁側(cè)護(hù)，拉完本架后側(cè)護(hù)板手把不要回，保證倒架區(qū)域側(cè)護(hù)板逐架頂緊，防止倒架加重；

（2）若支架側(cè)護(hù)板無間隙：選擇在支架間隙較大的支架處采用煤機(jī)輔助扶架（注意幅度，嚴(yán)禁損壞煤機(jī)、支架配件），由上向下進(jìn)行排開支架頂梁間隙，使倒架區(qū)域支架有可扶架的空間；排出間隙后采取上述（1）方法進(jìn)行扶架；

（3）適當(dāng)調(diào)整架形使支架尾梁向機(jī)頭方向擺放（使用底調(diào)油缸），頂梁向機(jī)尾擺放，加大頂梁有效接頂面積，從而減少頂板對支架的翻轉(zhuǎn)力矩；切記不能大范圍調(diào)整架形，否則會加速運(yùn)輸機(jī)上竄，導(dǎo)致大面積倒架。倒架區(qū)域頂板完整后及時調(diào)正架形（支架與煤壁垂直），防止由于架形出現(xiàn)的運(yùn)輸機(jī)竄動；

（4）加強(qiáng)工作面工程質(zhì)量，保證工作面平直，底板平整無臺階，防止由于坑包導(dǎo)致的倒架；

（5）設(shè)備問題必須處理，重點(diǎn)時支架動作慢和側(cè)護(hù)爆管的，防止影響扶架效果。

4.大坡段各類備件防倒防滑方案

4.1 工作面防倒、防滑措施

由于工作面傾角大，最大坡度達(dá)18°，而且受架間噴霧以及沖洗支架等原因影響，常常導(dǎo)致支架腳踏板濕滑，人員在架間人行通道行走時存在較大安全隱患。為此，利用廢舊網(wǎng)片加工腳踏板防滑網(wǎng)，大大增加了腳踏板摩擦力，并在支架立柱上安設(shè)扶手，避免了人員行走時出現(xiàn)滑到摔傷等現(xiàn)象，有效杜絕了安全隱患。

4.2 兩順槽防物件滾輪措施

工作面為俯采工作面，兩順槽下坡坡度在12°～16°，為了防止物件滾落導(dǎo)致的人身傷害事故發(fā)生，礦制定大坡度防物件滾落制度，制度中要求所有物件必須使用小鏈或防倒鉤一段頭固定在物件上，一段頭固定在巷道幫網(wǎng)或錨桿上，同時要求在坡度段每隔20m安設(shè)防物件滾落裝置一個，并加大日常管控力度，有效杜絕了物件滾落導(dǎo)致的傷害。

5.結(jié)語

在工作面回采過程中，該礦結(jié)合實(shí)際總結(jié)經(jīng)驗(yàn)提煉出一套俯斜采工作面支護(hù)方案，實(shí)現(xiàn)了俯斜開采煤層實(shí)質(zhì)性突破，通過管控好回風(fēng)順槽巷道變形量、工作面運(yùn)輸機(jī)竄動、液壓支架防倒及倒架處理、各項(xiàng)大坡度作業(yè)管控等各項(xiàng)工作，有效解決了各種回采難題，改善了礦工工作環(huán)境，減輕了員工的勞動強(qiáng)度，確保煤礦的安全生產(chǎn)。俯斜工作面取得的成效對該區(qū)域俯斜采煤層的安全高效開采提供了一定的指導(dǎo)意義。