大傾角煤層綜采工作面安全回采技術(shù)研究

劉昶亨

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

大傾角煤層即為埋藏傾角＞30°煤層，絕大多數(shù)礦區(qū)淺部開采條件較佳，煤層儲量為短缺的狀態(tài)，因而需要正確看待大傾角煤層開采工作，明確支架和圍巖關(guān)系的同時，有效了解支架受力狀況，對頂板、底板、支架和傾角支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行控制[1]。

1 礦工作面基本情況及開采技術(shù)特征

以某礦090702工作面為例，其工作面處于向南傾斜的位置。其工作面走向更適合采用機械方式采煤，如果垮落之后會對頂板造成非常嚴(yán)重的損害，所以相關(guān)負(fù)責(zé)人必須重視對頂板管理問題。采煤機螺旋滾筒的深度為0.7 m，主要是借助自移液壓支架支護頂板。工作面支架最大采高、最小采高分別為3.5 m、1.7 m。開采技術(shù)主要特征如下：

1）大傾角煤層綜采時，支架、圍巖系統(tǒng)無法保持穩(wěn)定的狀態(tài)，容易產(chǎn)生傾角變形的情況，甚至?xí)?dǎo)致開采設(shè)備傾倒等一系列意外情況[2]。

2）如果煤層的傾角越來越大，那么對支護系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求也就越來越高，因而需對支護系統(tǒng)加以科學(xué)布置。在這個過程中應(yīng)考慮到支護阻力因素，同時加強對整體穩(wěn)定性的管控。

3）如果工作面的傾角很大，頂板發(fā)生斷裂，會沿著傾角向下滾落，有可能會影響到施工人員的安全，這也是造成工作面區(qū)域出現(xiàn)差異的主要原因之一，所以相關(guān)負(fù)責(zé)人必須控制好頂板，防止?jié)L滑情況發(fā)生。

2 大傾角煤層綜采工作面安全回采技術(shù)的應(yīng)用情況研究

2.1 正確梳理支架、圍巖的關(guān)系

采場支架、圍巖的關(guān)系，即為老頂、直接頂、支架、底板系統(tǒng)，該系統(tǒng)支架、圍巖會相互作用，圍巖運動的狀態(tài)關(guān)系到支架工作、承載力[3]。與此同時，工作情況直接關(guān)系到圍巖的穩(wěn)定性，所以需把支架、圍巖當(dāng)作統(tǒng)一承載力的體系，要求有效調(diào)節(jié)支架、圍巖的關(guān)系，以便達到大傾角煤層綜采的最佳效果。

2.2 支護系統(tǒng)穩(wěn)定性控制關(guān)鍵點

在整個開采的過程中，支護系統(tǒng)所需要支付的對象為直接頂巖層，只有確保支付系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且工作面頂板不出現(xiàn)位移，才能夠確保工作人員的自身安全，所以說，相關(guān)負(fù)責(zé)人對于工作頂板的位移以及工作頂板支架結(jié)構(gòu)、相關(guān)參數(shù)等的關(guān)聯(lián)性緊密[4]。

2.2.1 頂板控制方法

頂板的厚度以及老頂巖層對工作面所造成的壓力，都會影響到支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性。主要影響集中在直接頂厚度。換句話說，老頂與煤層距離越遠(yuǎn)，直接頂厚度越大，一旦發(fā)生破斷，就會形成緩慢下沉式平衡。090702工作面的指令厚度大約在2.3 m左右，在不出意外的情況下，可以為支護系統(tǒng)提供非常良好的穩(wěn)定性工作面。在向前推進的過程中，頂板處于來壓階段，破斷巖塊重量和支架穩(wěn)定性呈反比例關(guān)系。即直接頂跨落巖塊影響范圍越大，作用于支架的荷載就越大，對支護系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性影響就越差。如果出現(xiàn)巖石滑落的現(xiàn)象，那么，支架所需要負(fù)載的壓力也就會更大，這就會影響支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為解決此問題，支護系統(tǒng)頂板作業(yè)現(xiàn)場可采取的措施有：在頂板來壓階段，增加支架初撐力、工作阻力，迎山角控制在3°～5°之間，避免發(fā)生退山、空頂及線接觸等情況，而且應(yīng)該和頂板接觸緊密，不得出現(xiàn)空頂或是“線接觸”情況，保持移架一次性達到標(biāo)準(zhǔn)、禁止實行反復(fù)支撐頂板操作。

此外，由于支架本身結(jié)構(gòu)與參數(shù)會對整個支護系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來影響。這里的結(jié)構(gòu)與參數(shù)是指初撐力、支架底座寬度、重量、高度以及工作阻力等。對于支架初撐力和工作阻力，可通過對支架進行受力狀況分析來確定。要想避免支架下滑問題出現(xiàn)，需要強化支架整體的穩(wěn)定性。同時，支架要保持一定初撐力，以使其作用階段能夠?qū)⒐ぷ髯枇Τ浞掷闷饋?。本工程選用的支架型號為ZY6000/18，其初撐力354 kN，工作阻力為4 400 kN。強度滿足大傾角工作面頂板壓力需求。為強化支架初撐力作用效果，應(yīng)保證其處在完好狀態(tài)，無漏液、串液，且不發(fā)生自動卸載。具體可通過定期及時地檢查供液管路，來降低泵站的壓力損失影響。因支架底座寬度、支撐高度會降低支護穩(wěn)定性，需控制好支架底座寬度和支撐高度?，F(xiàn)場作業(yè)可供選擇的措施包括：增加支架底座面積、保證支架與煤層底板接觸效果。如此，就可驅(qū)使底板作用于支架的支撐力以均勻狀態(tài)分布，且能夠保證支架在工作阻力增加狀態(tài)下不受煤層底板破壞影響。在保證頂板割平情況下，規(guī)避支架定量與頂板的點、線接觸。重量方面，應(yīng)在滿足支護強度要求的情況下，降低支架重量，以保證支護穩(wěn)定性。因工程大傾角工作面支架選型完成，重量無法調(diào)整，可在回采作業(yè)階段加快推進速度。從每班組回采2刀，調(diào)整至回采3刀。這樣一來，就可規(guī)避直接頂荷載長期作用于支架結(jié)構(gòu)。

2.2.2 底板控制方法

在大傾角煤層開采的過程中，最常見的意外情況就是工作面頂板巖層移動或者是巖層被破壞，趨于該種狀態(tài)下使得底板巖層順著工作面斜向下滑，底板滑移和受損下使得支架失去支撐，支撐體系剛度下降[5]。地板破壞的基本原因為底板被破壞的原因，主要可以分為三部分：第一部分是因為煤層傾角；第二部分是因為支架；第三部分是因為底板巖層因素。如果工作面的傾角比較大，底板就會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，或者是滑移的狀況。這時就可以通過加大底板摩擦力的方式來確保支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性，首先，一定要把底板上的浮煤清理掉，因為浮煤導(dǎo)致底板發(fā)生位移。另外，要求在發(fā)生頂板淋水問題時馬上處理，定期對支架乳化液管路、不同位置密封狀況加以嚴(yán)格檢查，從而防止受到外界因素所影響，致使地板摩擦系數(shù)降低。

2.2.3 支架控制方法

通過支架控制的方法可以提高支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因為在支架控制的過程中，可以分擔(dān)工作阻力以及支架支撐力。這些力的作用對以后支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大的提高。為避免發(fā)生支架下滑的情況，只需確保支架的穩(wěn)定性，要求在工作期間合理利用工作阻力。在進行大傾角工作面運作的過程中，要注意選用合適的支架形式，只有達到頂板支撐強度的需要標(biāo)準(zhǔn)以后，才能夠投入使用。相關(guān)負(fù)責(zé)人如果想要提高支架的支撐力，那么就要注意確保支架的完整性。在開采的過程中，一定不能出現(xiàn)漏液或者自動卸載等一系列情況。在使用之前，一定要對工業(yè)系統(tǒng)進行檢查，才能夠降低泵站壓力所構(gòu)成的不良影響。支架底座寬度更寬，支撐高度更低，就可以說明支架底座的面積很大，就可以讓支架和煤層更好地接觸，一部分力量以此來提高穩(wěn)定性。除此之外，相關(guān)負(fù)責(zé)人對于頂板的狀態(tài)也要進一步確認(rèn)。在頂板上也不要放置過重的支架，否則不利于支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2.4 傾角支護系統(tǒng)控制方法

煤層自身的傾角不能發(fā)生變化。不同的情況下，支護系統(tǒng)的狀態(tài)差異也會對整個支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成一定的影響，傾角大則會呈相反關(guān)系，傾角發(fā)生變化，不利于支護面保持穩(wěn)定性。為了降低支護面穩(wěn)定性的不良影響，可以利用降低工作面傾角的方式。在設(shè)計的過程中，應(yīng)該注意設(shè)置順向的傾斜工作面，可以在一定程度上降低傾角，也就降低對支護系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響，然后再下端設(shè)置一定的緩沖距離，也可以降低工作面的傾角，然后再利用推移的形式輸送物品。其次，在推移的過程中注意，讓傾角和支護在相同的方向發(fā)揮作用，這也可以在一定程度上抵消相互作用力，有利于工作面系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3 結(jié)語

在大傾角煤層綜采技術(shù)應(yīng)用的過程中，如果想要從根本上確定工作面的穩(wěn)定性，那么就需要進行支護，穩(wěn)定性控制工作最常見的方式，就是支架穩(wěn)定性控制頂板穩(wěn)定性控制以及地板穩(wěn)定性控制。如果能夠熟悉這三種控制方式，也就可以盡量降低煤層當(dāng)中的傾角，減少由于支護系統(tǒng)不平衡所引發(fā)出的一系列不良影響。