急倾斜煤层柔性掩护支架采煤方法的应用和改进

摘要：本文分析了传统柔性支架采煤法和放顶煤的技术特点及采用柔性掩护支架的必要性，论述了温宿县博峰煤业有限责任公司东井在改进的柔性掩护支架的技术工艺，以便类似矿井借鉴。

关键词：柔性掩护支架；采煤方法；效益

中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）26-01-01

1、前言

近几年在中小型煤矿中，柔性掩护支架采煤方法得到的广泛应用，是急倾斜煤层中运用最成熟、可靠的采煤方法。因温宿县多属于大倾角煤层，中厚煤层及软煤层分布较多，经过实践证明，柔性掩护支架采煤方法能适应倾角在40°以上，厚度在4米左右的煤层，具有巷道布置简单，产生成本较低，安全、高效、低耗等优点。

2、采煤方法概述

柔性金属掩护支架的采煤方法传统特点是：用柔性金属掩护支架隔离采空区和回采工作面，柔性支架靠自重和上部冒落矸石的压力推动而下移，工作面为直线性，按伪斜方向布置，沿走向推进，实现壁式采煤，其主要生产工艺为运输平巷安装支架和回风平巷折卸支架、回采工作面爆破落煤、挖地沟及调整支架。适应煤层主要是在50°以上的急倾斜煤层，煤层厚度在5米-3.5米之间，煤层较稳定且变化不大。

3、采煤方法的应用

温宿县博峰煤业公司东井A3煤层为近东西走向的向南倾斜的单斜构造，厚度在14.2-3.7米，靠近东中部，2012年A3煤层局部呈倒转，倾向由南向北，倾角从西向东由78°变为40°左右，走向长度为263米，平均煤层厚度在4.5米，煤层松软，普氏系数0.5-1.2，为顶板主要为灰紫色厚层状含砾状粗砂岩，岩石较坚硬，节理发育。底板为炭质泥岩或炭质页岩，较软弱。在没有A3煤层倒转的西端，2009年9万吨改扩建工程竣工验收后曾采用水平分段轻型支架放顶煤采煤法，该采煤法的巷道布置倾向每10米分一层，50米垂高划分一个采区，采区走向长300米左右，打眼爆破放顶回采，A3煤层顶板虽然坚硬，但节理发育，底板岩石易冒落，工作面矸石多，不易处理，出煤量低，回采率达不到设计的83%的要求，普遍约为60%左右，局部煤层为3米时，回采率不到50%，由于煤层只有4米左右，工作面不能形成U型通风，回采工作面作业端头还需要局部通风机通风，回采空间狭小，采区内的瓦斯不易排放，安全得不到保证，且工作面上下顺槽的矿压显现压力大，巷道维修费高，并且回采上下顺槽巷道掘进率高，影响经济效益，制约了矿井的发展，通过两年的回采作业实地观察，巷放式采煤方法并末显示出优势，我矿认为此采煤方法不适应东井的煤层赋存条件，因此选择适合安全管理，效益高的采煤方法成为了我矿的关键问题，为了更好适应煤层开采，通过对各种采煤方法的比较，经过多方讨论和其它矿现场观摩，决定采用了柔性掩护支架伪倾斜采方法。

4、采煤方法的改进

4.1巷道布置

工作面的运输巷和回风巷在A3煤层水平布置，再从下部运输巷沿A3煤层伪倾斜方向布置开切眼至上部回风巷，一般在垂高40米左右，伪倾斜角度在30°，便于工作面自动溜煤，工作面长度在100米左右，工作面支护采用八字形工字钢焊接支架，工作面上下平巷超前支护采用铰接顶梁配单体液压支柱支护。超前支护采用DJB1000/300型铰接顶梁配2.2米单体液压支柱。超前支护距离为20米，伪斜金属钢支架直接安装在伪斜上山切眼内，工作面铺设搪瓷溜槽运煤。选用煤电钻打眼，爆破落煤，工作面的煤经溜煤上山到运输大巷，工作面回采方向由东向西推进。

4.2支架结构

支架由“八”字形钢梁、钢丝绳、卡子及螺帽组装而成。钢梁用11#号工字钢焊接加工成“八”字形钢架，净宽度2.2m，钢架的长腿长800mm，用于防止顶板矸石窜入工作面，钢梁的短腿长450cm，用作支撑底板的侧压力，上下腿底部焊有铁板，整体金属支架呈“7”字型，金属支架的连接用钢丝绳φ28-φ30mm和钢丝绳卡连接，支架上的五根钢丝绳接头位置错开，防止各钢丝绳在同一位置处被拉开。每根钢丝绳长20m左右，钢丝绳的两端做好封头，防止钢丝绳松捻和使其能承受一部分拉力。钢丝绳接头处的搭接长度应不少于2m，并用5副钢丝绳卡夹紧梁。架子上下各用五根钢丝绳相夹，联成一个整体。钢支架的间距为20cm，钢支架之间用木板关背，木板长度分别为450mm、1000mm、 300mm，厚度为50mm宽度为170mm的木板隔开。为了适应变化的煤层和作业空间的调架，在支架长腿下端每隔2米打一根单体液压支柱，钢支架的长腿紧靠煤帮上，架头呈水平，钢支架的短腿立在底板煤，以利于支架的调整和行走。在水平巷与切眼斜巷的钢支架底部每隔1米用单体液压支桩撑在支架与壁之间，单体数量在5-10付之间。

4.3工作面的采煤工艺

柔性掩护支架在正常回采阶段，除了在掩护支架下采煤外，同时要在回风巷接长支架，并在工作面下端支架放平的位置拆除支架。掩护支架下的采煤工序包括打眼、装药、放炮、铺溜槽出煤和调整支架等工作。

（1）安架。支架在采区边界开始沿煤层底板水平安装10米左右的支架，单体液压支柱支撑支架的长腿，再沿伪斜开切眼边扩边安装铺设钢支架，安装时，钢支架短腿与底板紧贴，掩护支架与开切眼上方均有5°的迎山角，至回风巷再扩巷安装15米的钢支架，钢支架的一端尽量靠近煤层的底板一侧。

（2）调架。即从伪斜开切眼下端挖地沟，煤顺着搪瓷溜槽自溜至运输巷上山溜煤眼内，在出煤期间，钢支架在自重和上部煤矸压力作用下下降，此时要有专人进行调整钢支架，控制支架下放速度，位置和形态。为了防止调整支架过程中支架仰角过大和控制支架背部矿山压力，对钢支架每隔5米进行打横撑加固调整，由于我矿煤层较软，无需开帮，采用从下向上分段爆破式落煤、出煤，工作面从下到上切眼里只需开挖地沟，一个放炮循环为1.5米，经过两个作业循环，在地沟与上部有1-2米的台阶，台阶下部分伪斜架子后部悬空，悬空的架子空隙约在50cm高度，作业人员可在悬空钢支架下用铁耙子扒煤，放靠近底板钢支架后的煤，直至放出大块顶板石为止，然后继续开挖地沟，每隔2米左右放一次架后的煤。每次放煤前要对放煤周围的钢支架需要加打2.5米的单体液压支柱，支架要向煤壁侧倾斜，防止支架受力不均匀和支架受上部压力过大，支架受拉易变形损坏及向下方扭转的现象。放完后，单体支柱卸压，使钢支架压向煤壁，在挖地沟和放架后煤的同时，钢支架在自重和上部煤矸压力作用下压向煤壁，保证钢支架与煤层底板要有合理位置和迎山角，此时调架工作最为重要，要随时保持钢支架的倾角均匀一致，工作面保持一条直线，伪倾角在30°左右，并及时处理帮底上的煤，对有空帮的煤壁要带帽点柱支撑。

（3）拆架。随着工作面的推进，要及时拆除工作面下端放平的钢支架，落平的钢支架不得超过10米，防止压力过大拆架困难。拆架的支架高度保持1.3米。在清理完底板煤后，卸掉钢支架上的螺丝与夹板，用单体支撑未拆地支架，再用5吨的吊葫芦回收卸掉的钢支架，经过采区运料眼、采区运输平巷运到采区回风巷安装重复使用。钢支架落平的巷道与运输巷始终保持3个小眼，以满足溜煤、行人通风和回收钢支架的需要。

6、结束语

伪倾斜柔性掩护支架采煤法工作面回采工艺简单，易于操作，工作面煤炭靠搪瓷溜槽自溜，降低了工人的劳动强度，提高了煤炭的回采率。工作面在正常回采过程中，实现了日正规循环2个，并且达到日产量320吨，全员工效9.2t的技术水平，保证了矿井的年生产能力。随着采煤技术的提高，伪倾斜柔性掩护支架的的采煤方法会更好地应就用到急倾斜煤层中，某些限制生产及效率低的问题也会逐步解决。

作者简介：游建军（1968），男，本科，新疆阿克苏地区温宿县，采煤助理工程师，现就职于新疆温宿县博峰煤业有限公司博孜墩煤矿东井，主要从采煤方面的工作。