大倾角复杂不稳定煤层综采工作面仰采开采技术

王延阁，黄钢辉，彭永波

平顶山天安煤业股份有限公司五矿，河南 平顶山 467091

综采工作面顶板、支架、运输机的管理是综采技术管理的关键，特别是在大倾角极复杂不稳定煤层仰采开采过程中，顶板、支架、运输机管理不合理，会造成顶板事故和机电事故，从而降低原煤产量，提高材料消耗。因此对大倾角极复杂不稳定煤层综采工作面仰采开采技术研究，对实现矿井高产高效具有现实意义。

1 工作面概况

己16-17-22260采面为五矿二水平己二扩大采区西翼第三个区段的综采工作面，上邻的己16-17-22240采面和下邻己16-17-22280采面已回采结束，该形成孤岛工作面。煤层倾角10°～27°，平均19°；煤厚为0.8m～6.8m，平均煤厚为4.2m；采面走向长度为560m，倾斜长度为120m，工作面标高-416m～-464m，垂深528m～572m；基本顶为细粒砂岩；直接顶为砂质泥岩；伪顶为炭质泥岩；直接底为泥岩；老底为砂质泥岩；该采面回采的己16-17煤层为煤与瓦斯突出煤层。

2 工作面初采情况

己16-17-22260采面共揭露断层2条走向正断层，落差分别为8m和10m，由于受两条断层影响采面中间形成一个背斜构造，局部倾角最大达到35度以上，同时煤层上抬，该采面在回采中一直处于仰采。在初采过程中顶板控制、煤壁片帮、支架调整、保证运输机、采煤机的正常运转等问题严重制约了采面的推进度，影响矿井实现安全高产高效的目标。

3 仰采顶板控制

大倾角复杂不稳定煤层仰采开采过程中，工作面受仰采角度作用，顶板将产生向采空区方向的沿层面的分力，在此沿层面的分力的作用下，顶板悬臂岩层将向采空区方向移动，顶板极易出现裂隙和加剧破碎，冒落的顶板矸石，涌向采空区，并将沿顶端推向采空区。同理，煤壁的水平位移量也会增大，导致煤壁片帮，煤壁侧无支护距离（面积）增大，更加促使近煤壁处顶板的下沉及破碎，使顶板维护条件恶化。

1）调整采面伪倾斜

使工作面与地质构造带的夹角变小，从而减少地质构造在采面大范围的揭露，降低顶板破碎地段揭露时间，防止应力集中，造成漏顶事故。（1）采用调采工作面下部的方法降低工作面仰采角度，调采比例为 1∶3，即机头进 1 刀，机尾进 3刀；（2）工艺流程为：采煤机下端头斜切进刀一移输送机一顺序移架一割煤一顺序移输送机一顺序移架—返刀下行。

2）防止顶板漏顶

综采工作面顶板控制使采面管理中的重要环节，当采面遇地质构造、老空区等，顶板破碎，应力集中，严重制约采面正规循环作业和威胁安全生产。防止顶板漏顶发生，可以提高生产力和降低安全事故的重要措施。（1）顶板铺设金属网，用扎丝联牢；（2）拉超前支架，采面支架在非移煤壁区输送机时均处于前置支护状态，确保伸出支架前探梁端面距不大于0.2m；（3）断层影响区域超前放炮护顶使用直径大于180mm圆木作梁，DZ-25型单体液压支柱作腿扶梯形棚控制顶板。

3）防止煤壁片帮

综采工作面煤壁片帮是造成顶板事故的主要原因，煤壁片帮使顶板失去了重力方向的支撑力，造成压力前移，应力集中，导致顶板断裂，最后形成顶板漏顶。（1）仰采坡度大于15°时，控制采高3.0m ～3.3m，过断层及顶板破碎时采高控制在2.8m～3.0m；（2）采面支架非割煤期间，全部打开护帮板，护紧煤壁；（3）沿煤壁打设背帮单体柱 ，其间横放半圆木，防止片帮；（4）采煤机割煤时使用遥控操作，操作人员距采煤机滚筒3m～5m，防止片帮煤伤人；（5）破碎顶板煤壁区辅助打木锚杆固帮。

4）防止支架在仰采时后倾、倒架、下滑

工作面在仰采坡度大于15°或揭露断层等地质构造时，局部顶板会突然掉顶或上抬时，移支架、抬支架架脚比较困难，促使工作面循环进度降低，造成动压区前移至煤壁，煤壁侧切顶，煤墙片帮、顶板掉顶，直接威胁人员进入煤墙的作业安全。（1）现场将200mm厚的方木料垫于支架底座箱后部，增大支架走向摩擦力；（2）移架时带压擦顶，先升前立柱，再升后立柱，支架前顶梁与顶板呈面接触，严禁出现线接触，确保支架的稳定性；（3）借助侧护板带压移架；（4）移架后侧护板全部伸出，使支架在倾向上有倾向作用力稳定支架；（5）歪斜支架在顶梁下补打单体戗柱辅助移架；（6）严格执行移架顺序，坚持从工作面下部向上移架顺序；（7）移支架时为了防止刚移支架处于初撑力阶段与顶板的摩擦阻力小，容易造成支架后倾、倒架及下滑等，因此采取间隔移架方式；（8）支架推移到位后及时升起支架，达到初撑力要求，防止支架后倾下滑。

5）防止工作面刮板输送机、采煤机下滑

在大倾角工作面，受重力及工作面坡度影响，极容易造成刮板运输机下滑，运输机下滑使支架的推移千斤顶与运输机的连接装置径向力增大，造成设备损坏，同时消减支架推移千斤顶的轴向力，使运输机推不到位置。（1）防止刮板输送机向采空区侧滑动造成进刀不够，每次移输送机后间隔5架支架推移千斤顶打至推位；（2）防止倾向下滑，无法运煤，采煤机割煤后，由机头向上单向移输送机，移输送机时辅助使用戗柱防滑；（3）工作面仰采坡度大于15°时，采用分段集中移架移运输机；（4）移运输机前使用专用大链逐段吊起运输机中部槽，在中部槽下垫入专用木楔，有效抬起运输机中部槽，使运输机抬起幅度与顶板保持一致。

4 大倾角复杂不稳定煤层仰采开采注意事项

1）采面严格按照质量标准化要求施工，必须达到“三平一直”；2）采面移支架、推移运输机必须坚持从工作面下部向上部移架和推移运输机；3）采面过断层、裂隙、老空区等地质构造时要加强顶板管理、工程质量管理及设备管理。

5 结论

1）通过对大倾角复杂不稳定煤层仰采开采技术研究，工作面原煤产量大幅度的提升，平均月单产提高了2.0万t；

2）采取各种措施有效的控制了刮板运输机的下滑；降低顶板漏顶事故，防止了支架仰采时后倾及倒架保证了采面的正规循环；

3）通过对大倾角复杂不稳定煤层仰采开采技术研究与实施，提高了工作面的原煤产量和安全生产，实现了安全高产高效，同时为平煤股份五矿开采同类煤层积累了技术经验。

[1]徐永圻.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.