大傾角特厚煤層綜采放頂煤技術(shù)與措施

劉洪波

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)煤礦安全監(jiān)察局 烏魯木齊830002)

1 大傾角煤層特點

大傾角煤層開采具有以下特點：由于煤系地層受構(gòu)造運動的擠壓，煤層頂?shù)装逶馐芷茐牡某潭认鄬Ρ染弮A斜煤層大，因而頂、底板巖石的層理與原生裂隙較發(fā)育，較易冒落；由于煤層傾角大，普通支架的穩(wěn)定性差、支架管理難度大，擠架、咬架、倒架時常發(fā)生，處理難度大；破落下來的煤巖會自動下滑，有利于工作面煤炭運輸，但煤巖塊的自動滾落容易傷人和沖倒支架，對作業(yè)安全不利；由于垮落矸石從上向下滾落，可對工作面下部采空區(qū)起充填作用，但冒落帶漏斗狀明顯影響地表及巖層運動；開采大傾角煤層時，對煤層自然發(fā)火的防治比較困難，當(dāng)采空區(qū)已經(jīng)發(fā)火時，往往難以隔離處理。特別在開采下區(qū)段時，上區(qū)段采空區(qū)的火源會冒落到下區(qū)段。

2 大黃山豫新煤業(yè)公司一號井主采煤層生產(chǎn)技術(shù)條件

大黃山豫新煤業(yè)公司一號井主采煤層為中大槽煤層，煤層傾角為35°～45°，平均角度40°，煤層厚度平均22 m，頂板以粉砂巖、細(xì)砂巖和砂礫巖為主，含鐵質(zhì)，較堅硬，不易隨采隨冒，底板為深灰色-灰黑色粉砂石。礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果：絕對瓦斯涌出量54.77 m3/min，相對瓦斯涌出量36.14 m3/t，屬于高瓦斯礦井。煤塵具有爆炸危險性，煤層自燃傾向性為自燃煤層，發(fā)火期為3～6個月。

3 采煤方法的選擇論證

礦井煤層為高瓦斯大傾角厚煤層，巷道放頂煤、柔性掩護(hù)支架等采煤法難以保證安全和高產(chǎn)高效，現(xiàn)從以下幾方面進(jìn)行考慮:

3.1 采用水平分層短壁工作面采煤方法

采用水平分層短壁工作面采煤方法，在煤層頂?shù)装逄幏謩e布置工作面進(jìn)、回風(fēng)巷，工作面長度除去巷道，長度約為26 m，該采煤方法避免了傾角大對工作面造成的影響，但由于水平分層工作面短，難以達(dá)到高產(chǎn)高效，且掘進(jìn)率高，成本大。

3.2 采用傾斜分層綜采采煤法

3.2.1 采用傾斜分層綜采采煤法

由于煤層平均厚度22 m，按分層厚度2.8 m 計，至少分8層，一是多次分層開采不利于下分層時的頂板管理；二是由于煤層為自燃煤層，多次分層開采對防滅火工作管理難度增大；三是傾角越大，管理難度也加大。

3.2.2 采用傾斜分層綜采放頂煤采煤法

煤層厚度22 m，分兩層進(jìn)行回采，傾角在40°的放頂煤開采，在支架管理、下分層頂板控制難度較大。

3.2.3 仰偽斜采煤法

雖然減小了工作面傾角,但減小得很有限;片幫、割煤時煤場容易直接流滾落到支架中，對支架、人員造成傷害；在調(diào)整支架的過程中，不好把握，導(dǎo)致支架忽上忽下，控制不好會對支架、前后溜造成損害。

3.3 斜切分層放頂煤采煤法

減小了工作面的傾角，工作面長度也有保證，便于管理，又能實現(xiàn)高產(chǎn)高效。

4 斜切分層放頂煤采煤法

通過以上分析，為適應(yīng)當(dāng)前煤層的實際情況，采用斜切分層放頂煤采煤法，比較適合該礦的地質(zhì)條件。與傾斜分層相比，減小了工作面傾斜角度，降低了工作面的管理難度，又能達(dá)到高產(chǎn)高效，同時，每次開采上分層后，對下部瓦斯的釋放也非常有利，減輕瓦斯的管理難度，降低瓦斯對安全生產(chǎn)的危害程度。

4.1 巷道布置及設(shè)備選擇

4.1.1 采用斜切分層放頂煤采煤法

分層厚度10.4 m，采高2.6 m，放頂7.8 m。工作面回風(fēng)順槽沿煤層底板布置，運輸順槽沿煤層頂板布置，將工作面傾角減小到30°。開切眼從運輸巷開始，采用水平加圓弧段過渡，再以30°傾角斜切布置方式，工作面長度90 m，對目前綜采放頂煤的管理水平和經(jīng)驗，工作面30°的傾角是比較容易控制，如果傾角再進(jìn)一步減小，工作面的長度就會縮短，會影響高產(chǎn)高效的發(fā)揮。

4.1.2 工作面設(shè)備選擇

綜放工作面采用MG250/600-QWD 電牽引雙滾筒采煤機(jī)，配SGZ－730/130 型可彎曲刮板輸送機(jī)兩臺。工作面支護(hù)采用ZF5200/16/30 型支撐掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架控制頂板，下端頭采用ZFT6800/18/32 和ZFG5200/18/33 型過渡支架，上端頭采用ZFG5200/18/33 型過渡支架及單體支柱加11#花邊工字鋼支護(hù)。

4.2 大傾角特厚自燃煤層綜放工作面主要技術(shù)管理難點及解決方法

4.2.1 工作面頂板控制

4.2.1.1 工作面頂板支護(hù)方式

工作面選用53付ZF5200/16/30型基本支架、6付ZFG5200/18/33 型過渡支架、1 組ZFT6800/18/32 型端頭支架控制頂板。上端頭采用三副過渡支架和雙梁抬棚對回風(fēng)順槽上幫與端尾進(jìn)行支護(hù)，雙梁抬棚采用長4 m 的11#花邊工字鋼梁，成對雙梁抬棚交錯邁步“一梁三柱”加強(qiáng)支護(hù)，邁步距離1.2 m，架設(shè)一梁二柱的木戧棚進(jìn)行切頂支護(hù)。下端頭采用3 副過渡支架和一組端頭支架控制頂板，當(dāng)巷道下幫與端頭架之間空頂距≥0.8 m 時，采用4 m 長的11#花邊工字鋼梁雙梁抬棚交錯邁步加強(qiáng)支護(hù)。運輸順槽架設(shè)一排DW28-250/100 型單體液壓支柱與HDJA-1000 型鉸接頂梁配合的聯(lián)鎖走向抬棚支護(hù)。

在工作面上、下端頭有效的支護(hù)形式，改善了端頭支護(hù)的受力狀況，解決了端頭區(qū)尤其是上端頭三角煤的維護(hù)問題，防止出現(xiàn)上部支架不接頂或卸壓、影響支護(hù)穩(wěn)定性的情況出現(xiàn)。

4.2.1.2 堅硬頂板的處理

工作面頂板管理采用全部垮落法。由于中大煤層頂板比較堅硬，不能隨著工作面的推進(jìn)隨采隨冒，易形成大面積懸頂，對工作面安全生產(chǎn)造成比較大的威脅，為了保證頂板能及時垮落，采用超前頂板預(yù)裂法。首采工作面在工作面運輸順槽、回風(fēng)順槽未采動區(qū)域內(nèi)向頂板打預(yù)裂鉆孔，實行頂板預(yù)裂爆破。在下部的接續(xù)工作面，由于采用斜切分層，回風(fēng)順槽煤層頂部為頂板垮區(qū)，因此預(yù)裂孔布置在運輸順槽，正常生產(chǎn)過程中，在超前工作面50 m 以外，每三十米布置一組鉆孔，對頂板實施預(yù)裂爆破。

4.2.2 工作面防倒防滑技術(shù)措施

4.2.2.1 優(yōu)化巷道布置

工作面運輸順槽沿煤層頂板布置，回風(fēng)順槽沿煤層底板布置，采用斜切分層方式，減小了工作面的傾角，降低了支架、刮板運輸機(jī)下滑的危險性。同時運輸巷與工作面下段采用水平加圓弧過渡方式，工作面下端十五架支架段基本處于近水平或較小的傾角，改善了下端頭支架的受力狀況，消除了臺階，控制了前后部運輸機(jī)的下滑，徹底解決了設(shè)備的防倒、防滑技術(shù)難題。

4.2.2.2 工作面支架的防倒防滑

工作面基本支架為四柱支撐掩護(hù)式支架，整體頂梁、上下雙側(cè)護(hù)板，防滑底調(diào)梁結(jié)構(gòu)，每兩架支架間頂梁上設(shè)有防倒油缸，底座上設(shè)有防滑油缸聯(lián)結(jié)，增加了工作面支架的整體性，有效地防止了支架擠咬、倒架和下滑。

4.2.2.3 工作面前后部運輸機(jī)的防滑

前、后部運輸機(jī)機(jī)尾與上端頭支架間采用防滑錨鏈連接。前部運輸機(jī)與每架支架間通過推移桿聯(lián)結(jié)，且每隔15 m設(shè)一組防滑錨鏈；后部運輸機(jī)與支架尾部，設(shè)計了專門防滑裝置連接，同時每隔15 m設(shè)一組防滑錨鏈與支架相聯(lián)。實踐證明，這些措施有效地防止了前、后部運輸機(jī)的下滑。

4.2.2.4 移架管理

盡量做到帶壓（擦頂）移架以利于控制頂板（煤）,不出現(xiàn)架前垮落抽頂現(xiàn)象，當(dāng)頂梁與頂板（煤）稍有松動后，立即停止降柱，盡快移架，隨即升起支撐。同時被移支架的底調(diào)千斤頂要處于伸出狀態(tài)，防滑梁與下鄰架接緊，防止移架過程中支架下滑。

4.2.2.5 處理工作面設(shè)備下滑的措施

工作面設(shè)備如果出現(xiàn)下滑情況，則采取調(diào)整工作面?zhèn)涡睜顟B(tài)，調(diào)整為運輸順槽超前，回風(fēng)順槽滯后的仰偽斜布置方式，工作面回采時仰斜推進(jìn)，偽斜量控制在2～5 m 之間，移架、推溜、放頂煤幾項主要工序堅持由下向上的順序進(jìn)行，可有效地防止了工作面設(shè)備的下滑。

4.3 支架的管理

支架移設(shè)后要保證足夠的初撐力及工作阻力，防止支架空頂而傾倒；保證移架質(zhì)量，支架移設(shè)要一次到位。移架時一定要控制降架高度不超過相鄰支架側(cè)護(hù)板高度的1/3，同時被移支架的底調(diào)千斤頂要處于伸出狀態(tài)，防滑梁與下鄰架接緊，防止移架過程中支架下滑。盡量做到帶壓（擦頂）移架以利于控制頂板（煤）,不出現(xiàn)架前垮落抽頂現(xiàn)象，當(dāng)頂梁與頂板（煤）稍有松動后，即停止降柱，盡快及時檢查支架壓力變化，并及時補(bǔ)液，防止因支撐力不足，造成支架下滑、咬架、倒架情況出現(xiàn)。而由于傾角大，采空區(qū)煤及矸石下滑，使下部采空區(qū)首先得到充填，對保持下部支架的穩(wěn)定有利，而上部支架則更容易出現(xiàn)接頂不實而傾倒的情況，中上部支架管理是重點。

工作面下端圓弧段及采高必須嚴(yán)格控制。采煤機(jī)司機(jī)在割幫時要嚴(yán)格控制好圓弧段的挑頂及臥底量，在圓弧段要減速運行，保證漸變段成形好，圓弧段平滑，中上部平整，工作面采高符和設(shè)計要求，保證工作面的平直。

4.4 防片幫、落煤傷人

工作面傾角為30°，工作面在生產(chǎn)過種中容易出現(xiàn)片幫或采煤機(jī)割煤時煤塊竄入支架傷人，在支架前立柱前方頂梁上掛防護(hù)網(wǎng)，始終隨著支架的前移而前移，防止片幫煤、采煤機(jī)割煤時煤塊竄入支架傷人或損傷立柱。

4.5 黃泥灌漿和注氮相結(jié)合的綜合防滅火技術(shù)

放頂煤開采過程中，采空區(qū)難免有浮煤遺留，防滅火問題是確保工作面順利開采的關(guān)鍵，在回采過程中采用黃泥灌漿和注氮相結(jié)合的綜合防滅火技術(shù)很好地解決了放頂煤開采的采空區(qū)防滅火技術(shù)問題，保證了安全生產(chǎn)。黃泥灌漿主要采取在中大槽煤層下部相距10～20 m 的米尺槽煤巷中，打穿層孔，向中大煤層工作面采空區(qū)注漿，便于操作和控制。

4.6 預(yù)抽、采空區(qū)抽放、上分層釋放等手段解決瓦斯問題

本煤層為高瓦斯煤層，在巷道施工中就布置瓦斯抽放系統(tǒng)；在開采上分層時，對下分層瓦斯釋放起到很大的作用；利用臨近層的注漿孔，對工作面采空區(qū)的瓦斯進(jìn)行抽放，通過全方位的瓦斯措施，確保了工作面瓦斯的有效管理（瓦斯管理的具體方案措施在此不作贅述）。

5 結(jié)論

（1）煤層傾角達(dá)到40°,煤層厚度22 m左右，工作面月產(chǎn)量達(dá)到8 萬噸，實現(xiàn)高產(chǎn)高效，取得良好經(jīng)濟(jì)效益。

（2）大傾角特厚煤層綜放開采關(guān)鍵技術(shù)是支架移設(shè)及防倒防滑，主要通過合理的斜切分層、巷道的優(yōu)化布置、工作面下端頭水平加圓弧段設(shè)計等技術(shù)措施來完成，另一方面，通過施工的質(zhì)量、支架的管理、放煤工序的科學(xué)化等管理手段來實現(xiàn)。

（3）支架的選型設(shè)計、“三機(jī)”合理配套及防倒防滑裝置，防倒、防滑性能良好，安全實用，為放頂煤開采奠定了良好的基礎(chǔ)。

（4）采用合理的頂板超前預(yù)裂、有效的綜合防滅火措施、瓦斯全方位抽采等，保障了礦井安全、高產(chǎn)高效。

[1]伍永平,員東風(fēng).大傾角綜采支架穩(wěn)定性控制[J].礦山壓力與頂板管理,1999(3,4):82-85.

[2] 伍永平,員東風(fēng),張淼豐.大傾角煤層綜采基本問題研究.煤炭學(xué)報,2000.10:25-5.

[3] 秦忠誠.構(gòu)造復(fù)雜煤層采煤方法，中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.