偽傾斜柔性掩護支架采煤工藝在急傾斜煤層中的應用

文/孫樹根 張玉泉

偽傾斜柔性掩護支架采煤工藝在急傾斜煤層中的應用

文/孫樹根 張玉泉

冀中能源張礦集團懷來礦業(yè)有限公司1952年建井，建井60多年來，一直采用傳統(tǒng)的垛眼上山、巷柱式采煤法開采傾角50°以上煤層。但該采煤方法安全事故多，工人勞動強度大、工作環(huán)境惡劣且資源回收率不足40%，萬噸掘進率450米。因此，為了實現(xiàn)回采工作面的轉型換代并為集約增產(chǎn)、內涵增效和打造本質安全型礦井創(chuàng)造條件，懷來礦業(yè)公司采取“偽傾斜柔性掩護支架采煤工藝”，有效避免了瓦斯事故，減輕了勞動強度，工作面生產(chǎn)能力、回采率和回采效率都得到了有效提高。

一、礦井資源條件概述

1.地質構造

開采井田煤系地層屬中生界下侏羅系下花園統(tǒng)下部煤系，為陸相沉積。井田總體呈復式向斜構造，由2個向斜組成，向斜軸線走向近東西。區(qū)域內煤層多呈急傾斜分布，井田內斷層交錯復雜。

2.礦井工程條件、水文地質、瓦斯和煤塵概況

工作面煤層厚度4.21～4.43m，傾角68°，走向長110m，傾斜長30m，偽斜坡度25°。回風、運輸平巷順煤層走向沿頂板布置，礦用工字鋼梯形支護，凈斷面積4.6m2。采用爆破落煤方式，搪瓷溜槽自溜，柔性掩護支架上下交替循環(huán)支護。

礦井正常涌水量 35.87m3/h，最大涌水量47.85m3/h。

礦井相對瓦斯涌出量4.7m3/t，絕對瓦斯涌出量2.63m3/min。煤塵無爆炸性，煤層自燃發(fā)火傾向性為II級，礦井屬瓦斯礦井。

工作面開拓方式為斜井開拓。水平分區(qū)布置采區(qū)，雙翼開采。礦井通風采用抽出式通風方法，倆翼對角式通風方式。

二、工作面回采工藝

1.支架技術原理

柔性掩護支架由多段、整體箱式結構件組成長方形支架，架間采用3道高強度圓環(huán)鏈鏈接并配合液壓系統(tǒng)，形成對開采空間的全封閉支護。支架頂梁支撐煤層頂板，支架掩護梁支撐頂板的跨落物，支架尾梁支撐底板側，開挖工作面煤炭，使支架底部支撐懸空，在上部跨落物的垂直壓力下，支架沿頂板自動下移并支撐。遇煤層產(chǎn)狀變化時，柔性掩護支架通過液壓系統(tǒng)及導向梁實現(xiàn)自動調整，整個工作面支架均按照工藝設計形成自移。

2.支架結構

根據(jù)懷來礦業(yè)公司礦井的資源開采條件及工作面具體情況，設計的柔掩支架架型為ZRY27/35L，其主梁長1700mm，掩護梁加尾梁長2100mm，支架垂高1717mm，支架最大長度3500mm，最小長度2700m。柔掩支架組成結構如圖1所示。

圖1 柔性掩護支架架型結構

從圖1可以看出，支架由導向梁、頂梁、掩護梁、尾梁四部分組成，各部分之間呈一定固定或可調夾角，相鄰支架由三環(huán)鏈連接裝置進行連接。見圖2。

從圖2可以看出，支架間連接采用圓環(huán)鏈接式連接。共3道連接，主梁2道，掩護梁1道，主梁采用三環(huán)鏈連接，掩護梁采用三環(huán)鏈或五環(huán)鏈連接，既保證了支架間的柔性，又保證工作面支架的整體性，同時也實現(xiàn)了與回風巷連接處的順利變坡。

3.巷道布置

柔性掩護支架工作面為偽斜25°～30°布置，工作面巷道由運輸巷、小眼、切眼、回風巷組成，工作面運輸巷單巷掘進，回采時超前預掘小眼，其間距為中對中5m，斷面為1.0m×1.0m正方形。工作面下端支架支護超過2個小眼，即前部小眼運煤，后部小眼作為行人、拆架、運料通道，小眼見三回一，依次交替前行。回風巷距工作面8米內由柔掩支架支護完成，倆巷超前支護20m采用單體液壓支柱配合絞接頂梁支護。見圖3。

4.工藝流程

支架沿頂板法線布置，一端由導向梁貼頂板（或煤壁）支撐，另一端由尾梁支在底板（或底煤）上形成支架的兩個最基本的支點。隨著煤壁或煤槽（地溝）推進或開挖，支架的兩支點失去支撐，在架后（采空區(qū)）矸石推擠和本身重力雙重作用下實現(xiàn)移動，其工藝流程如圖4所示。

（1）放炮落煤。在分段臺階處大致沿臺階（工作面）坡度方向打眼（厚煤層還可向掩護梁和尾梁側幫里打眼放松動炮落幫煤），放炮前提起該巷段支柱或卸載，掛好保護簾，然后分段放炮。

（2）溜煤運煤。隨著響炮煤體被松動、拋開和自溜，通過搪瓷溜槽運至儲煤眼。

（3）支護。清凈放炮崩落的煤炭，該部位的部分支架失去支撐，因采空區(qū)矸石推擠和支架的本身的重量下落，支架將采空區(qū)與操作空間隔開，阻擋矸石涌入，維護操作空間安全，起掩護作用；同時，在由頂板自承、煤壁支撐、底板自承、采空矸石及支架聯(lián)合支撐所構筑的受力體系中，支架只起到輔助支撐作用。

（4）調整好支架狀態(tài)。用頂梁單體液壓支柱配合尾梁千斤頂調整好支架狀態(tài)，并將支柱和尾梁按支柱初支撐力進行注液打壓，完成1個放炮落煤小循環(huán)。如此重復1～3工序，直至完成整個工作面循環(huán)。

圖2 支架連接方式

圖3 工作面巷道布置示意圖

圖4 工藝流程示意圖

三、實施效果和結論

懷來礦業(yè)公司自實施偽傾斜柔性掩護支架采煤工藝以來，工作面月單產(chǎn)能力9000t（以面長30m，采高3.5m計）、回采率93%、直接工效8.5t/工、掘進率145m/萬t、坑木消耗16m3/萬t。工作面單產(chǎn)能力、回采率和直接工效分別比傳統(tǒng)的垛眼上山、巷柱式采煤法提高50%、70%和50%，掘進率和坑木消耗分別比一般柔性掩護支架采煤方法降低82%和70%。

偽傾斜柔性掩護支架采煤工藝的應用，使采面生產(chǎn)系統(tǒng)簡單、產(chǎn)量均衡、通風可靠、操作安全，具有技術含量高、適應性強、安全系數(shù)大、工人勞動強度低、煤炭回收率高、噸煤成本低等明顯的經(jīng)濟效益和社會效益優(yōu)勢，是開采急傾斜煤層（特別是傾角50°以上）的有效方法之一。

（作者單位：冀中能源張礦集團懷來礦業(yè)有限公司）

（責任編輯：周瓊）