工作面大倾角仰采段安全开采技术应用实践

张兴尧

(山西煤炭运销集团 张家湾煤业有限公司，山西　大同　037007)

·技术经验·

工作面大倾角仰采段安全开采技术应用实践

张兴尧

(山西煤炭运销集团 张家湾煤业有限公司，山西大同037007)

摘要针对炭窑峪煤矿81801综采工作面局部煤层倾角突然增大的赋存情况，分析了矿压显现特征及“支架—围岩”关系特点。研究表明：在工作面仰斜开采时，顶板除受自重力作用外，还增加了向采空区分力，使顶板岩层受到拉力作用，并出现煤壁片帮和压出增多，因此需选用支撑能力大、稳定性能好，大拉力推移千斤顶的液压支架。开采结果表明：在仰斜开采前，先将工作面调斜，增加支架防滑、防倒装置，实行超前移架，起吊刮板输送机、垫高中部槽，采煤机调整为中部进刀方式，劳动组织实行综合工种分段作业，并加强端头支护等措施，可安全通过局部仰采段。

关键词局部仰采；矿压分析；开采对策；技术应用

近些年来，随着国产综采设备技术性能的逐步成熟，综合开采技术以其回采工效高、采出率高等优点在一些生产矿井和新设计矿井得到普遍推广应用。但在煤矿开采过程中，由于煤层赋存条件的变化，或是受到地质构造的影响，煤层倾角会突然增大，工作面矿山压力显现规律及生产工艺都会出现一些新特点，尤其是当仰采角度超过一定值后，工作面顶板活动情况与缓斜工作面顶板活动规律发生明显变化，煤壁片帮压出的可能性增加，导致综采设备将不适应推进、顶板管理困难和工作面运输难度加大等一系列问题。目前，国内一些专家经过长期研究和实践，对仰斜开采矿压显现特征进行了深入分析，根据“支架—围岩”关系特点，对液压支架性能进行了技术性能设计，并优化了开采工艺，明确了可靠的防片帮措施，使得仰斜开采技术更趋成熟。随着综采工作面大倾角仰采工艺的推广和应用，使仰斜开采技术更加完善具体，无论在设备选型上，还是在工艺流程上都得到了很大程度提高。在当前煤炭安全生产形势下，煤矿不仅仅只注重开采技术，在安全上也需要不断创新，不断细化管理措施，又提出了综采仰采工作面安全开采技术，从而解决了安全开采的问题。本文在专家学者研究的基础上，结合炭窑峪煤矿仰斜段开采实践，系统分析了矿山压力活动规律，针对性地采取了增强支架性能、加装护帮板等措施，从而达到防止煤壁片帮、顶板断裂的效果，同时细化调整了生产工艺，优化了劳动组织，并在各生产工序操作上制定了安全措施，从而实现煤矿安全、高效生产。

1工作面概况

炭窑峪煤矿81801综采工作面走向长度990 m，方位19°48′41″；倾斜长度130 m，煤层倾角7°～15°；煤层厚度1.7～5.2 m，平均3.06 m，可采储量为52.87万t.工作面地面标高1 525～1 550 m，煤层标高1 070.8～1 216.2 m，埋藏深度308.8～479.8 m.工作面顺槽在550～650 m处沿煤层走向倾角增大为16°～23°，局部达26°，因此，工作面在此区段沿走向推进时需要采用仰采技术。

2工作面仰采矿压显现特征及“支架-围岩”关系

通过力学结构分析，工作面仰斜开采时，由于煤层倾角自然因素，顶板在自重力作用下，产生一个向采空区方向的分力，在此分力作用下，工作面顶板岩体向采空区方向移动，岩层受到拉力作用。为此工作面顶板可能断裂，或者出现裂隙、裂缝，并加剧破碎，相应煤壁的水平位移量增大，煤壁片帮和压出现象明显增多，并有将支架推向采空区的趋势。通过研究分析，虽然煤层倾角在一定程度上能减弱顶板法线应力，但由于煤层水平位移量增大，造成顶板初始下沉和端面距增大，从而导致顶板稳定性变差，工作面维护条件变坏。

根据“支架-围岩”关系特点，工作面在仰斜开采时，采空区顶板垮落后，矸石有涌向采空区趋势。因此，应在技术工艺、设备选择上解决安全开采问题，一是支架宜选用支撑能力大、稳定性好、顶梁受力状态好、切顶性能强的支撑式液压支架或支撑掩护式液压支架，同时为防止支架向采空区倾斜，支柱应斜向煤壁6°左右，并设置复位千斤顶，以确保支柱与煤壁的正确位置关系。二是工作面布置时倾斜长度不能过大，否则由于煤壁片帮造成煤量过多，输送机难以启动，在防止煤壁片帮问题上，液压支架应加装护帮板，移架后及时打开。三是针对仰斜开采移架困难的问题，当倾角较大时，应采用浅截深、小移量、多次移架的临时措施，同时优先选用大拉力推移千斤顶的液压支架，加大掩护梁的坡度，使得托梁受力作用方向趋向底座内，有利于支架工作，增加支架稳定性，从而解决移架困难等问题。

3工作面仰采主要问题及分析

由于炭窑峪煤矿81801工作面在550～650 m处沿煤层走向推进时为仰采，工作面开采将面临以下主要问题：

3.1　围岩控制

1) 工作面顶板管理难度加大。

工作面在推进过程中，顶板在自重力作用下，产生向采空区的分力，并使顶板岩层受拉，顶板容易断裂，并且随着仰采角度的增加，矿压显现尤为突出，从而作用于支架上，使得支架压力增大，严重时将支架压死并损坏。

2) 工作面煤壁易片帮。

工作面割煤后，煤壁出现一向采空区方向的俯角，煤壁在自重力的作用下极易片帮，煤块抛落到控顶区内，不仅加大了清理浮煤的工作量，还严重影响到工作面人员、通风安全。

3.2　设备运行

1) 支架推移时，向采空区水平位移量增大，造成液压支架向煤壁方向推移难度增加

2) 采煤机割煤时，采落的煤炭极易抛洒到控顶区，影响人员和设备安全。

3) 随着工作面仰采角度增大，刮板输送机每推进一个循环步距，输送机的里沿和外沿会出现15～30 cm的落差，增加了垫高输送机外沿的工序及工作量。

4) 由于煤层倾角增大，致使巷道坡度增加，布置在运输巷道内的设备列车前移、固定及安全防护难度增大。

4开采对策

4.1　合理配置设备

1) 为保证工作面刮板输送机铺设平整，每隔5台液压支架安装一组起吊滑轮，专门用于抬高工作面输送机外沿，不仅优化了施工工艺，还保证了起吊溜槽高效安全。

2) 根据“支架-围岩”关系特点，在81801工作面选用ZF13000/23/36型支撑掩护式液压支架，该支架采用了双伸缩立柱、整体顶梁、可伸缩掩护梁、前护帮板、侧护板等，减少了随采高变化对立柱缩节拔节的工序，更有利于顶板管理。该支架还增加了抬底千斤顶、调架千斤顶，满足了调整支架及大倾角仰采的护帮要求。同时，为有效防止液压支架倒架、下滑，工作面每隔10台支架配备一组防倒、防滑装置。

4.2　优化采煤工艺

1) 工作面施工工艺：由原来割煤→移架→移输送机工序，调整为移架→割煤→移输送机，通过掏梁窝，实现超前移架，不留端面距，从而有效控制机道顶板。

2) 采煤机进刀方式：由两端头斜切进刀调整为在工作面中部进刀方式，实行各工种平行作业，为起吊输送机垫高溜槽、清理架间浮煤提供时间和空间。

3) 劳动组织：由追机作业调整为分段作业，保证作业人员、施工地点、施工工艺“三固定”，从而达到安全高效要求。

4.3　制定开采方案

1) 工作面调斜。

在采煤工作面进入仰采段前，采煤机割完调斜前的最后一刀煤时，旋转中心端停移输送机，另一端则移够一个截深，并将输送机调成一条直线，然后采煤机割煤，将工作面逐步调斜，使机头超前机尾距离控制在15～17 m，从而减小开采时工作面仰采角度。

2) 回采工艺。

a) 移支液压支架。

在梁窝掏好后，移架工采用带压擦顶快速移架，移架必须逐架进行，采用邻架操作，防止煤壁片帮影响操作人员安全。每个支架移架完成后，必须立即升起支架，充分接顶，并达到初撑力要求后方可进行下一架操作。

b) 采煤机割煤。

在采煤机割煤前，先降低液压支架前柱，用输送机链条一端固定在液压支架前柱梁的起吊环上，链条另一端与输送机排轨连接，然后升起支架前柱，使输送机靠采空区侧一端抬高25 cm，将厚度为20 cm的道木垫在输送机下，使输送机倾斜度控制在7°以下，放下支架前柱梁并松链，立即升起支架，使支架充分接顶，初撑力达到要求。调整顺序必须从工作面头部向尾部逐架完成，直至输送机全部调整到位。待输送机调整完成后，调整采煤机滑靴，将平面滑靴(前滑靴)更换为低滑靴，导向滑靴(后滑靴)不变，以达到采煤机保持水平为宜，然后开机割煤，采煤机司机必须站在架间远距离遥控操作。

c) 推移输送机。

在采煤机完成割煤、清底煤后，逐次推移输送机到位。

3) 其他工序。

a) 超前及端头支护。为加强上下端头及两巷超前支护强度，保证端头及超前支护的稳定性，所有单体支柱底座必须预刨柱窝，支柱迎山角度按照煤层倾角的1/6支设，支柱都要迎山有力，初撑力不小于90 kN.加强支柱防滑、防倒管理，柱间使用硬连接，柱帽上焊接螺丝帽与单体柱用链条连接，并与顶板上的金属网片连接牢固。

b) 设备列车前移。工作面设备列车前移到仰采段，将列车一次性移至斜坡上部倾角小于13°的地段，将列车用卡轨器固定牢靠，并安设防跑车装置，设专人定期进行检查、检修。

4.4　安全技术措施

1) 在推进过程中，严格控制循环推进度，保持支架平稳前移。在移架时煤壁侧严禁站人，防止滚落碴块或煤炭伤人。

2) 及时清理机道内及架间浮煤，减少推移输送机和移架的水平阻力，确保移架和推移输送机工作正常进行。

3) 当工作面煤壁片帮影响安全生产的问题，应积极采取有效措施：

a) 将支架全部改为邻架操作，防止煤壁片帮影响到移架工安全。b) 采煤机司机必须使用遥控器远距离操作，确保遥控器灵敏可靠，并在操作过程中注意观察顶板、煤壁情况，待采煤机推过后，及时前移输送机。c) 当仰采角度过大，煤壁片帮严重时，在机道与人行道之间加设尼龙绳挡矸网，并对机道进行封闭管理，确保防矸网与支架连接严密，防止煤矸窜出伤人。d) 人员进入煤壁侧进行掏梁窝等操作时，必须严格执行敲帮问顶。

4) 加强支架的检修维护，使支架始终处于最好的支护状态，确保工作面支护强度。

5) 工作面割煤后煤壁应保持直线，顶板平整，移架、推溜也要保证成直线。

6) 确保安全出口畅通，及时在两端头安全出口和两顺槽巷道清挖台阶，每班设专人及时进行清理，防止因陡坡或底板光滑而发生摔倒伤人事故。

7) 进行拆、卸、砸、拖、拉、抬、撬等作业时必须做到统一指挥，统一行动。现场使用的工具、索具等安全设施在使用前必须认真检查。

8) 送电及操作电器设备必须由专职电工进行，所有电气设备不得有失爆现象，并保护好各类设备、设施。

9) 加强液压系统管理，保持液压系统完好，乳化液配比浓度符合规定，液压泵站压力不得小于30 MPa，保证支架的支护强度，无跑、冒、滴、漏现象。

5结语

开采实践证明，综采面仰斜开采技术适用于炭窑峪煤矿局部大倾角仰采段安全开采，通过选用ZF13000/23/36型支撑掩护式液压支架，满足了调整支架及大倾角仰采的护帮、护顶要求，通过优化采煤工艺、制定开采方案、采取有效的安全措施实现了特殊地段局部仰斜开采，为今后煤矿在地质条件复杂地段进行科学设计和合理开采有限的煤炭资源提供了可靠的技术依据，可对类似条件下煤矿安全开采提供借鉴。

参考文献

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Application Practice on Safe Mining Technology in the Upward Mining Period of Large Dip Angle Face

ZHANG Xingyao

AbstractIn view of the occurrence of which the local coal seam dip angle is suddenly increase of 81801 fully mechanized coal mining face in Tanyaoyu coal mine. The mine pressure apparent characteristics was studied and the support and the surrounding rock relationship feature was analyzed. Research shows that when the face upward inclined mining, the roof except by the gravity, also added to the component force of the mined-out area, make the roof strata subject to tension, and coal wall caving and pressure increasing, so need the hydraulic support of large supporting capacity, good stable performance and large tension advancing jack. The mining results show that before the upward inclined mining the working face first oblique, add prevent support slipping and falling device. Implement advancing support, lifting scraper conveyor, padding middle trough, coal winning machine is adjusted central feed way, labor organization carry out comprehensive work segmented operation, and strengthening the end supporting, can safely pass through local upward mining period.

Key wordsLocal overhead mining; Analysis of rock pressure; Mining countermeasures; Technology application

中图分类号：TD823.21

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2015)08-0031-04

作者简介：张兴尧(1975—)，男，山西怀仁人，1997年毕业于山西矿业学院，助理工程师，主要从事采煤技术管理工作(E-mail)1848697450@qq.com

收稿日期：2015-06-28