柔性掩护支架在急倾斜煤层开采中的新应用

摘 要：伪倾斜柔性掩护支架采煤法主要适应于60°以上的煤层，随着新集三矿开采水平的延深，煤层逐渐变缓，原有的“八”字型支架已不能满足生产的需要。鉴于此，对原“八”字支架进行更新，同时调整开采工艺，并以254308工作面进行实践。结果表明，通过对支架和回采工艺的革新，较好的解决了原有开采问题，为工作面高产、高效奠定了基础，为指导类似工作面开采提供了一定的理论依据。

关键词：柔性掩护支架；急倾斜煤层；“八”字型支架；回采工艺

引言

国投新集能源股份有限公司新集三矿二水平以上储量已基本开采完毕，现逐步进入三水平开采，随着开采水平的不断延伸，煤层倾角逐渐变缓，地质构造渐趋复杂，采用现有的新“八”字型柔性掩护支架进行回采时，架下顶、底板管理难度越来越大，工作面支架在下放过程中，极易造成支架刮底板矸石，以往采取通过调整支架仰角保障工作面生产，从而易造成顶板暴露面积大，顶板管理难度增大，工作面推进缓慢，影响产量和煤质的正常完成，同时也给采空区防灭火工作带来一定的难度。针对此种现状，在无新支架投入的背景下，通过多方调研和现场研究实践摸索出一套适合急倾斜煤层倾角变缓时的开采新技术-单体斜撑引领支架，并通过优化采煤工艺，实现了工作面的顺利开采。现以251308工作面为例，介绍改进型“八”字型掩护支架急倾斜煤层角度变缓的情况下的应用。

1 工作面概况

251308工作面上方为251306工作面采空区，下部为尚未掘进的251310工作面，北部为正在掘进251108工作面，西部为251307工作面采空区。工作面回采范围内地层南倾，倾角40°～72°，走向90°～100°。受地质构造影响，工作面内地层倾角变化大，风巷在-480m～-410m西五13-1煤生根眼煤眼以东500m段、机巷在煤眼以东400m段范围内煤层倾角65°～72°，平均倾角70°；风巷在煤眼以东500m至开切眼段、机巷在煤眼以东400m至开切眼段范围内煤层倾角40°～57°，平均倾角45°。

2 支护及回采工艺

2.1 支护优化

针对此种现状，通过多方调研和现场研究实践，在无新支架投入的背景下，我矿摸索出一套适合急倾斜煤层倾角变缓时的开采新技术-单体斜撑引领支架，变架下单体被动支撑领架为主动斜撑领架；变架下炮眼“八”字双排炮眼布置方式为平行顶板双排炮眼布置，破顶板侧煤，给单体主动斜撑提供支撑领架空间；变更通过带仰角减少刮矸方式为主动斜撑控制支架仰角，减少顶板暴露面积和支架刮矸量等。具体支护方式详见图1和图2所示：

2.2 回采工艺优化

2.2.1 巷道布置及支护

根据急倾斜煤层赋存特点，251308工作面沿13-1煤走向布置风巷、机巷，风巷沿煤层顶板掘进，为工字钢梯形棚支护，断面规格为棚梁×棚腿×棚腿=2.4m×2.4m×2.4m；机巷沿煤层底板掘进，为工字钢梯形棚支护，断面规格为棚梁×棚腿×棚腿=2.4m×2.4m×2.4m；在工作面东边界沿13-1煤倾向布置开切眼，为木盘支护，断面规格为1.0m×1.0m；工作面生根眼布置在工作面西边界。

2.2.2 回采工序

工作面采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法进行回采，斜架子伪倾角保持在25°～30°之间，采用“八”字型掩护支架配合单体液压支柱进行支护。工作面生产工序如下：

工作面伪倾斜柔性掩护支架下打眼、装药、放炮落煤→人工攉煤至自滑溜槽→刮板输送机运煤→架下支护→采空区处理。

（1）支架安设：支架安设从开切眼东边5.0m处开始，沿顶板侧摆设，支架与支架之间永代用梁填实，用钢丝绳将支架连接成整体，钢丝绳与支架之间用螺丝和垫板固定牢固。

（2）初次下放：支架安装压实碴长度达到15～30m时，即可利用开切眼进行初次下放架子，在工作面架尾下放至机巷之前，架尾应保持3.0～5.0m的平架子，允许上翘角度不得超过15°，架尾至少保留2个眼，满足行人、通风和出货的需要。

（3）工作面落煤、运煤：工作面采用爆破落煤，炮眼布置为双排眼，眼深1.2m，沿工作面伪倾斜方向的间距为1.0m，炮眼排距为0.6m；放炮后出货过程中，由下向上及时铺设自滑溜槽，利用自滑溜槽将煤炭运至机巷，通过机巷刮板输送机和胶带输送机运至矿井主运系统。

（4）采空区处理：全部垮落法。

3 效果分析

此种单体斜撑引领支架的创新，取得的效果表现为以下几个方面：

3.1 通过这种新型的引领支架的方式，增大了急倾斜煤层开采中伪倾斜柔性掩护支架采煤法适用的范围，解决了煤层变缓时支架容易刮矸石的难题，尽最大可能地减少或者避免支架回采过程中刮矸石的程度，改善了工作面的作业环境，同时避免出现了斜架子出货过程中滚矸伤人现象的发生；同时降低了职工因打矸石眼的劳动强度，大大提高了劳动安全系数，为矿井的安全生产出了一份力量。

3.2 保证了矿井月度产量和煤质的完成；以往工作面在回采过程中，遇到煤层变缓，刮矸石严重时，不得不将工作面斜架子拆除，进行跳采，工作面支架的拆除和重新安装极大地影响矿井月度产量和年度计划的完成，而且极易造成煤炭资源的浪费，不能最大限度地回收煤炭资源；此种创新避免了不必要的工作面的跳采，保证工作面的正常生产。

3.3 保证了矿井正常的生产接替：工作面在回采过程中，通过减少刮矸石的程度，减少了工作面因地质构造因素无法正常生产而跳采的次数，减少了非生产性因素的影响，加快了工作面的推进度，满足安全高效开采的要求，从而避免了煤层自燃等灾害的发生，对工作面的一通三防工作起到了极大的促进作用。

3.4 创造了巨大的经济效益，通过此种创新的应用，能最大限度地回收工作面的煤炭资源，提高了工作面的回采率，仅251308工作面的应用，初步计算，多回收了1.93万吨的煤炭资源，直接效益达到772万元。

4 结束语

伪倾斜柔性掩护支架采煤法适合于急倾斜煤层中煤层倾角在60°以上的煤层中，在一定范围内，煤层倾角越大，此种采煤方法越适合。鉴于新集三矿煤层逐渐变缓，原有的“八”字型柔性掩护支架出现了诸多不适性，在原有的“八”字型支架基础上，对支架进行更新，同时对回采工序进行变更，并以251308工作面进行实践。结果表明，通过对支架和回采工艺的革新为工作面顺利回采奠定了基础，获取了较好的经济效益。此种创新的应用，对新集三矿的安全生产有着极大的意义，为其他采煤工作面倾角变缓顶板管理难度大、推进慢、采空区防灭火等工作难度大等提供了参考借鉴价值，同时为深部采区开采工艺提供了技术支持，为矿井下一步回采发挥更大的作用，带来巨大的效益。

作者简介：王晓凯（1986，1-），男，河南柘城县人，本科，助理工程师，2009年毕业于河南理工大学采矿工程专业，现从事煤矿开采技术管理工作。