大倾角特厚煤层综采放顶煤技术与措施

刘洪波

(新疆生产建设兵团煤矿安全监察局 乌鲁木齐830002)

1 大倾角煤层特点

大倾角煤层开采具有以下特点：由于煤系地层受构造运动的挤压，煤层顶底板遭受破坏的程度相对比缓倾斜煤层大，因而顶、底板岩石的层理与原生裂隙较发育，较易冒落；由于煤层倾角大，普通支架的稳定性差、支架管理难度大，挤架、咬架、倒架时常发生，处理难度大；破落下来的煤岩会自动下滑，有利于工作面煤炭运输，但煤岩块的自动滚落容易伤人和冲倒支架，对作业安全不利；由于垮落矸石从上向下滚落，可对工作面下部采空区起充填作用，但冒落带漏斗状明显影响地表及岩层运动；开采大倾角煤层时，对煤层自然发火的防治比较困难，当采空区已经发火时，往往难以隔离处理。特别在开采下区段时，上区段采空区的火源会冒落到下区段。

2 大黄山豫新煤业公司一号井主采煤层生产技术条件

大黄山豫新煤业公司一号井主采煤层为中大槽煤层，煤层倾角为35°～45°，平均角度40°，煤层厚度平均22 m，顶板以粉砂岩、细砂岩和砂砾岩为主，含铁质，较坚硬，不易随采随冒，底板为深灰色-灰黑色粉砂石。矿井瓦斯等级鉴定结果：绝对瓦斯涌出量54.77 m3/min，相对瓦斯涌出量36.14 m3/t，属于高瓦斯矿井。煤尘具有爆炸危险性，煤层自燃倾向性为自燃煤层，发火期为3～6个月。

3 采煤方法的选择论证

矿井煤层为高瓦斯大倾角厚煤层，巷道放顶煤、柔性掩护支架等采煤法难以保证安全和高产高效，现从以下几方面进行考虑:

3.1 采用水平分层短壁工作面采煤方法

采用水平分层短壁工作面采煤方法，在煤层顶底板处分别布置工作面进、回风巷，工作面长度除去巷道，长度约为26 m，该采煤方法避免了倾角大对工作面造成的影响，但由于水平分层工作面短，难以达到高产高效，且掘进率高，成本大。

3.2 采用倾斜分层综采采煤法

3.2.1 采用倾斜分层综采采煤法

由于煤层平均厚度22 m，按分层厚度2.8 m 计，至少分8层，一是多次分层开采不利于下分层时的顶板管理；二是由于煤层为自燃煤层，多次分层开采对防灭火工作管理难度增大；三是倾角越大，管理难度也加大。

3.2.2 采用倾斜分层综采放顶煤采煤法

煤层厚度22 m，分两层进行回采，倾角在40°的放顶煤开采，在支架管理、下分层顶板控制难度较大。

3.2.3 仰伪斜采煤法

虽然减小了工作面倾角,但减小得很有限;片帮、割煤时煤场容易直接流滚落到支架中，对支架、人员造成伤害；在调整支架的过程中，不好把握，导致支架忽上忽下，控制不好会对支架、前后溜造成损害。

3.3 斜切分层放顶煤采煤法

减小了工作面的倾角，工作面长度也有保证，便于管理，又能实现高产高效。

4 斜切分层放顶煤采煤法

通过以上分析，为适应当前煤层的实际情况，采用斜切分层放顶煤采煤法，比较适合该矿的地质条件。与倾斜分层相比，减小了工作面倾斜角度，降低了工作面的管理难度，又能达到高产高效，同时，每次开采上分层后，对下部瓦斯的释放也非常有利，减轻瓦斯的管理难度，降低瓦斯对安全生产的危害程度。

4.1 巷道布置及设备选择

4.1.1 采用斜切分层放顶煤采煤法

分层厚度10.4 m，采高2.6 m，放顶7.8 m。工作面回风顺槽沿煤层底板布置，运输顺槽沿煤层顶板布置，将工作面倾角减小到30°。开切眼从运输巷开始，采用水平加圆弧段过渡，再以30°倾角斜切布置方式，工作面长度90 m，对目前综采放顶煤的管理水平和经验，工作面30°的倾角是比较容易控制，如果倾角再进一步减小，工作面的长度就会缩短，会影响高产高效的发挥。

4.1.2 工作面设备选择

综放工作面采用MG250/600-QWD 电牵引双滚筒采煤机，配SGZ－730/130 型可弯曲刮板输送机两台。工作面支护采用ZF5200/16/30 型支撑掩护式低位放顶煤液压支架控制顶板，下端头采用ZFT6800/18/32 和ZFG5200/18/33 型过渡支架，上端头采用ZFG5200/18/33 型过渡支架及单体支柱加11#花边工字钢支护。

4.2 大倾角特厚自燃煤层综放工作面主要技术管理难点及解决方法

4.2.1 工作面顶板控制

4.2.1.1 工作面顶板支护方式

工作面选用53付ZF5200/16/30型基本支架、6付ZFG5200/18/33 型过渡支架、1 组ZFT6800/18/32 型端头支架控制顶板。上端头采用三副过渡支架和双梁抬棚对回风顺槽上帮与端尾进行支护，双梁抬棚采用长4 m 的11#花边工字钢梁，成对双梁抬棚交错迈步“一梁三柱”加强支护，迈步距离1.2 m，架设一梁二柱的木戗棚进行切顶支护。下端头采用3 副过渡支架和一组端头支架控制顶板，当巷道下帮与端头架之间空顶距≥0.8 m 时，采用4 m 长的11#花边工字钢梁双梁抬棚交错迈步加强支护。运输顺槽架设一排DW28-250/100 型单体液压支柱与HDJA-1000 型铰接顶梁配合的联锁走向抬棚支护。

在工作面上、下端头有效的支护形式，改善了端头支护的受力状况，解决了端头区尤其是上端头三角煤的维护问题，防止出现上部支架不接顶或卸压、影响支护稳定性的情况出现。

4.2.1.2 坚硬顶板的处理

工作面顶板管理采用全部垮落法。由于中大煤层顶板比较坚硬，不能随着工作面的推进随采随冒，易形成大面积悬顶，对工作面安全生产造成比较大的威胁，为了保证顶板能及时垮落，采用超前顶板预裂法。首采工作面在工作面运输顺槽、回风顺槽未采动区域内向顶板打预裂钻孔，实行顶板预裂爆破。在下部的接续工作面，由于采用斜切分层，回风顺槽煤层顶部为顶板垮区，因此预裂孔布置在运输顺槽，正常生产过程中，在超前工作面50 m 以外，每三十米布置一组钻孔，对顶板实施预裂爆破。

4.2.2 工作面防倒防滑技术措施

4.2.2.1 优化巷道布置

工作面运输顺槽沿煤层顶板布置，回风顺槽沿煤层底板布置，采用斜切分层方式，减小了工作面的倾角，降低了支架、刮板运输机下滑的危险性。同时运输巷与工作面下段采用水平加圆弧过渡方式，工作面下端十五架支架段基本处于近水平或较小的倾角，改善了下端头支架的受力状况，消除了台阶，控制了前后部运输机的下滑，彻底解决了设备的防倒、防滑技术难题。

4.2.2.2 工作面支架的防倒防滑

工作面基本支架为四柱支撑掩护式支架，整体顶梁、上下双侧护板，防滑底调梁结构，每两架支架间顶梁上设有防倒油缸，底座上设有防滑油缸联结，增加了工作面支架的整体性，有效地防止了支架挤咬、倒架和下滑。

4.2.2.3 工作面前后部运输机的防滑

前、后部运输机机尾与上端头支架间采用防滑锚链连接。前部运输机与每架支架间通过推移杆联结，且每隔15 m设一组防滑锚链；后部运输机与支架尾部，设计了专门防滑装置连接，同时每隔15 m设一组防滑锚链与支架相联。实践证明，这些措施有效地防止了前、后部运输机的下滑。

4.2.2.4 移架管理

尽量做到带压（擦顶）移架以利于控制顶板（煤）,不出现架前垮落抽顶现象，当顶梁与顶板（煤）稍有松动后，立即停止降柱，尽快移架，随即升起支撑。同时被移支架的底调千斤顶要处于伸出状态，防滑梁与下邻架接紧，防止移架过程中支架下滑。

4.2.2.5 处理工作面设备下滑的措施

工作面设备如果出现下滑情况，则采取调整工作面伪斜状态，调整为运输顺槽超前，回风顺槽滞后的仰伪斜布置方式，工作面回采时仰斜推进，伪斜量控制在2～5 m 之间，移架、推溜、放顶煤几项主要工序坚持由下向上的顺序进行，可有效地防止了工作面设备的下滑。

4.3 支架的管理

支架移设后要保证足够的初撑力及工作阻力，防止支架空顶而倾倒；保证移架质量，支架移设要一次到位。移架时一定要控制降架高度不超过相邻支架侧护板高度的1/3，同时被移支架的底调千斤顶要处于伸出状态，防滑梁与下邻架接紧，防止移架过程中支架下滑。尽量做到带压（擦顶）移架以利于控制顶板（煤）,不出现架前垮落抽顶现象，当顶梁与顶板（煤）稍有松动后，即停止降柱，尽快及时检查支架压力变化，并及时补液，防止因支撑力不足，造成支架下滑、咬架、倒架情况出现。而由于倾角大，采空区煤及矸石下滑，使下部采空区首先得到充填，对保持下部支架的稳定有利，而上部支架则更容易出现接顶不实而倾倒的情况，中上部支架管理是重点。

工作面下端圆弧段及采高必须严格控制。采煤机司机在割帮时要严格控制好圆弧段的挑顶及卧底量，在圆弧段要减速运行，保证渐变段成形好，圆弧段平滑，中上部平整，工作面采高符和设计要求，保证工作面的平直。

4.4 防片帮、落煤伤人

工作面倾角为30°，工作面在生产过种中容易出现片帮或采煤机割煤时煤块窜入支架伤人，在支架前立柱前方顶梁上挂防护网，始终随着支架的前移而前移，防止片帮煤、采煤机割煤时煤块窜入支架伤人或损伤立柱。

4.5 黄泥灌浆和注氮相结合的综合防灭火技术

放顶煤开采过程中，采空区难免有浮煤遗留，防灭火问题是确保工作面顺利开采的关键，在回采过程中采用黄泥灌浆和注氮相结合的综合防灭火技术很好地解决了放顶煤开采的采空区防灭火技术问题，保证了安全生产。黄泥灌浆主要采取在中大槽煤层下部相距10～20 m 的米尺槽煤巷中，打穿层孔，向中大煤层工作面采空区注浆，便于操作和控制。

4.6 预抽、采空区抽放、上分层释放等手段解决瓦斯问题

本煤层为高瓦斯煤层，在巷道施工中就布置瓦斯抽放系统；在开采上分层时，对下分层瓦斯释放起到很大的作用；利用临近层的注浆孔，对工作面采空区的瓦斯进行抽放，通过全方位的瓦斯措施，确保了工作面瓦斯的有效管理（瓦斯管理的具体方案措施在此不作赘述）。

5 结论

（1）煤层倾角达到40°,煤层厚度22 m左右，工作面月产量达到8 万吨，实现高产高效，取得良好经济效益。

（2）大倾角特厚煤层综放开采关键技术是支架移设及防倒防滑，主要通过合理的斜切分层、巷道的优化布置、工作面下端头水平加圆弧段设计等技术措施来完成，另一方面，通过施工的质量、支架的管理、放煤工序的科学化等管理手段来实现。

（3）支架的选型设计、“三机”合理配套及防倒防滑装置，防倒、防滑性能良好，安全实用，为放顶煤开采奠定了良好的基础。

（4）采用合理的顶板超前预裂、有效的综合防灭火措施、瓦斯全方位抽采等，保障了矿井安全、高产高效。

[1]伍永平,员东风.大倾角综采支架稳定性控制[J].矿山压力与顶板管理,1999(3,4):82-85.

[2] 伍永平,员东风,张淼丰.大倾角煤层综采基本问题研究.煤炭学报,2000.10:25-5.

[3] 秦忠诚.构造复杂煤层采煤方法，中国矿业大学出版社，2003.