大傾角特厚煤層綜采放頂煤技術與措施

劉洪波

(新疆生產建設兵團煤礦安全監察局 烏魯木齊830002)

1 大傾角煤層特點

大傾角煤層開采具有以下特點：由于煤系地層受構造運動的擠壓，煤層頂底板遭受破壞的程度相對比緩傾斜煤層大，因而頂、底板巖石的層理與原生裂隙較發育，較易冒落；由于煤層傾角大，普通支架的穩定性差、支架管理難度大，擠架、咬架、倒架時常發生，處理難度大；破落下來的煤巖會自動下滑，有利于工作面煤炭運輸，但煤巖塊的自動滾落容易傷人和沖倒支架，對作業安全不利；由于垮落矸石從上向下滾落，可對工作面下部采空區起充填作用，但冒落帶漏斗狀明顯影響地表及巖層運動；開采大傾角煤層時，對煤層自然發火的防治比較困難，當采空區已經發火時，往往難以隔離處理。特別在開采下區段時，上區段采空區的火源會冒落到下區段。

2 大黃山豫新煤業公司一號井主采煤層生產技術條件

大黃山豫新煤業公司一號井主采煤層為中大槽煤層，煤層傾角為35°～45°，平均角度40°，煤層厚度平均22 m，頂板以粉砂巖、細砂巖和砂礫巖為主，含鐵質，較堅硬，不易隨采隨冒，底板為深灰色-灰黑色粉砂石。礦井瓦斯等級鑒定結果：絕對瓦斯涌出量54.77 m3/min，相對瓦斯涌出量36.14 m3/t，屬于高瓦斯礦井。煤塵具有爆炸危險性，煤層自燃傾向性為自燃煤層，發火期為3～6個月。

3 采煤方法的選擇論證

礦井煤層為高瓦斯大傾角厚煤層，巷道放頂煤、柔性掩護支架等采煤法難以保證安全和高產高效，現從以下幾方面進行考慮:

3.1 采用水平分層短壁工作面采煤方法

采用水平分層短壁工作面采煤方法，在煤層頂底板處分別布置工作面進、回風巷，工作面長度除去巷道，長度約為26 m，該采煤方法避免了傾角大對工作面造成的影響，但由于水平分層工作面短，難以達到高產高效，且掘進率高，成本大。

3.2 采用傾斜分層綜采采煤法

3.2.1 采用傾斜分層綜采采煤法

由于煤層平均厚度22 m，按分層厚度2.8 m 計，至少分8層，一是多次分層開采不利于下分層時的頂板管理；二是由于煤層為自燃煤層，多次分層開采對防滅火工作管理難度增大；三是傾角越大，管理難度也加大。

3.2.2 采用傾斜分層綜采放頂煤采煤法

煤層厚度22 m，分兩層進行回采，傾角在40°的放頂煤開采，在支架管理、下分層頂板控制難度較大。

3.2.3 仰偽斜采煤法

雖然減小了工作面傾角,但減小得很有限;片幫、割煤時煤場容易直接流滾落到支架中，對支架、人員造成傷害；在調整支架的過程中，不好把握，導致支架忽上忽下，控制不好會對支架、前后溜造成損害。

3.3 斜切分層放頂煤采煤法

減小了工作面的傾角，工作面長度也有保證，便于管理，又能實現高產高效。

4 斜切分層放頂煤采煤法

通過以上分析，為適應當前煤層的實際情況，采用斜切分層放頂煤采煤法，比較適合該礦的地質條件。與傾斜分層相比，減小了工作面傾斜角度，降低了工作面的管理難度，又能達到高產高效，同時，每次開采上分層后，對下部瓦斯的釋放也非常有利，減輕瓦斯的管理難度，降低瓦斯對安全生產的危害程度。

4.1 巷道布置及設備選擇

4.1.1 采用斜切分層放頂煤采煤法

分層厚度10.4 m，采高2.6 m，放頂7.8 m。工作面回風順槽沿煤層底板布置，運輸順槽沿煤層頂板布置，將工作面傾角減小到30°。開切眼從運輸巷開始，采用水平加圓弧段過渡，再以30°傾角斜切布置方式，工作面長度90 m，對目前綜采放頂煤的管理水平和經驗，工作面30°的傾角是比較容易控制，如果傾角再進一步減小，工作面的長度就會縮短，會影響高產高效的發揮。

4.1.2 工作面設備選擇

綜放工作面采用MG250/600-QWD 電牽引雙滾筒采煤機，配SGZ－730/130 型可彎曲刮板輸送機兩臺。工作面支護采用ZF5200/16/30 型支撐掩護式低位放頂煤液壓支架控制頂板，下端頭采用ZFT6800/18/32 和ZFG5200/18/33 型過渡支架，上端頭采用ZFG5200/18/33 型過渡支架及單體支柱加11#花邊工字鋼支護。

4.2 大傾角特厚自燃煤層綜放工作面主要技術管理難點及解決方法

4.2.1 工作面頂板控制

4.2.1.1 工作面頂板支護方式

工作面選用53付ZF5200/16/30型基本支架、6付ZFG5200/18/33 型過渡支架、1 組ZFT6800/18/32 型端頭支架控制頂板。上端頭采用三副過渡支架和雙梁抬棚對回風順槽上幫與端尾進行支護，雙梁抬棚采用長4 m 的11#花邊工字鋼梁，成對雙梁抬棚交錯邁步“一梁三柱”加強支護，邁步距離1.2 m，架設一梁二柱的木戧棚進行切頂支護。下端頭采用3 副過渡支架和一組端頭支架控制頂板，當巷道下幫與端頭架之間空頂距≥0.8 m 時，采用4 m 長的11#花邊工字鋼梁雙梁抬棚交錯邁步加強支護。運輸順槽架設一排DW28-250/100 型單體液壓支柱與HDJA-1000 型鉸接頂梁配合的聯鎖走向抬棚支護。

在工作面上、下端頭有效的支護形式，改善了端頭支護的受力狀況，解決了端頭區尤其是上端頭三角煤的維護問題，防止出現上部支架不接頂或卸壓、影響支護穩定性的情況出現。

4.2.1.2 堅硬頂板的處理

工作面頂板管理采用全部垮落法。由于中大煤層頂板比較堅硬，不能隨著工作面的推進隨采隨冒，易形成大面積懸頂，對工作面安全生產造成比較大的威脅，為了保證頂板能及時垮落，采用超前頂板預裂法。首采工作面在工作面運輸順槽、回風順槽未采動區域內向頂板打預裂鉆孔，實行頂板預裂爆破。在下部的接續工作面，由于采用斜切分層，回風順槽煤層頂部為頂板垮區，因此預裂孔布置在運輸順槽，正常生產過程中，在超前工作面50 m 以外，每三十米布置一組鉆孔，對頂板實施預裂爆破。

4.2.2 工作面防倒防滑技術措施

4.2.2.1 優化巷道布置

工作面運輸順槽沿煤層頂板布置，回風順槽沿煤層底板布置，采用斜切分層方式，減小了工作面的傾角，降低了支架、刮板運輸機下滑的危險性。同時運輸巷與工作面下段采用水平加圓弧過渡方式，工作面下端十五架支架段基本處于近水平或較小的傾角，改善了下端頭支架的受力狀況，消除了臺階，控制了前后部運輸機的下滑，徹底解決了設備的防倒、防滑技術難題。

4.2.2.2 工作面支架的防倒防滑

工作面基本支架為四柱支撐掩護式支架，整體頂梁、上下雙側護板，防滑底調梁結構，每兩架支架間頂梁上設有防倒油缸，底座上設有防滑油缸聯結，增加了工作面支架的整體性，有效地防止了支架擠咬、倒架和下滑。

4.2.2.3 工作面前后部運輸機的防滑

前、后部運輸機機尾與上端頭支架間采用防滑錨鏈連接。前部運輸機與每架支架間通過推移桿聯結，且每隔15 m設一組防滑錨鏈；后部運輸機與支架尾部，設計了專門防滑裝置連接，同時每隔15 m設一組防滑錨鏈與支架相聯。實踐證明，這些措施有效地防止了前、后部運輸機的下滑。

4.2.2.4 移架管理

盡量做到帶壓（擦頂）移架以利于控制頂板（煤）,不出現架前垮落抽頂現象，當頂梁與頂板（煤）稍有松動后，立即停止降柱，盡快移架，隨即升起支撐。同時被移支架的底調千斤頂要處于伸出狀態，防滑梁與下鄰架接緊，防止移架過程中支架下滑。

4.2.2.5 處理工作面設備下滑的措施

工作面設備如果出現下滑情況，則采取調整工作面偽斜狀態，調整為運輸順槽超前，回風順槽滯后的仰偽斜布置方式，工作面回采時仰斜推進，偽斜量控制在2～5 m 之間，移架、推溜、放頂煤幾項主要工序堅持由下向上的順序進行，可有效地防止了工作面設備的下滑。

4.3 支架的管理

支架移設后要保證足夠的初撐力及工作阻力，防止支架空頂而傾倒；保證移架質量，支架移設要一次到位。移架時一定要控制降架高度不超過相鄰支架側護板高度的1/3，同時被移支架的底調千斤頂要處于伸出狀態，防滑梁與下鄰架接緊，防止移架過程中支架下滑。盡量做到帶壓（擦頂）移架以利于控制頂板（煤）,不出現架前垮落抽頂現象，當頂梁與頂板（煤）稍有松動后，即停止降柱，盡快及時檢查支架壓力變化，并及時補液，防止因支撐力不足，造成支架下滑、咬架、倒架情況出現。而由于傾角大，采空區煤及矸石下滑，使下部采空區首先得到充填，對保持下部支架的穩定有利，而上部支架則更容易出現接頂不實而傾倒的情況，中上部支架管理是重點。

工作面下端圓弧段及采高必須嚴格控制。采煤機司機在割幫時要嚴格控制好圓弧段的挑頂及臥底量，在圓弧段要減速運行，保證漸變段成形好，圓弧段平滑，中上部平整，工作面采高符和設計要求，保證工作面的平直。

4.4 防片幫、落煤傷人

工作面傾角為30°，工作面在生產過種中容易出現片幫或采煤機割煤時煤塊竄入支架傷人，在支架前立柱前方頂梁上掛防護網，始終隨著支架的前移而前移，防止片幫煤、采煤機割煤時煤塊竄入支架傷人或損傷立柱。

4.5 黃泥灌漿和注氮相結合的綜合防滅火技術

放頂煤開采過程中，采空區難免有浮煤遺留，防滅火問題是確保工作面順利開采的關鍵，在回采過程中采用黃泥灌漿和注氮相結合的綜合防滅火技術很好地解決了放頂煤開采的采空區防滅火技術問題，保證了安全生產。黃泥灌漿主要采取在中大槽煤層下部相距10～20 m 的米尺槽煤巷中，打穿層孔，向中大煤層工作面采空區注漿，便于操作和控制。

4.6 預抽、采空區抽放、上分層釋放等手段解決瓦斯問題

本煤層為高瓦斯煤層，在巷道施工中就布置瓦斯抽放系統；在開采上分層時，對下分層瓦斯釋放起到很大的作用；利用臨近層的注漿孔，對工作面采空區的瓦斯進行抽放，通過全方位的瓦斯措施，確保了工作面瓦斯的有效管理（瓦斯管理的具體方案措施在此不作贅述）。

5 結論

（1）煤層傾角達到40°,煤層厚度22 m左右，工作面月產量達到8 萬噸，實現高產高效，取得良好經濟效益。

（2）大傾角特厚煤層綜放開采關鍵技術是支架移設及防倒防滑，主要通過合理的斜切分層、巷道的優化布置、工作面下端頭水平加圓弧段設計等技術措施來完成，另一方面，通過施工的質量、支架的管理、放煤工序的科學化等管理手段來實現。

（3）支架的選型設計、“三機”合理配套及防倒防滑裝置，防倒、防滑性能良好，安全實用，為放頂煤開采奠定了良好的基礎。

（4）采用合理的頂板超前預裂、有效的綜合防滅火措施、瓦斯全方位抽采等，保障了礦井安全、高產高效。

[1]伍永平,員東風.大傾角綜采支架穩定性控制[J].礦山壓力與頂板管理,1999(3,4):82-85.

[2] 伍永平,員東風,張淼豐.大傾角煤層綜采基本問題研究.煤炭學報,2000.10:25-5.

[3] 秦忠誠.構造復雜煤層采煤方法，中國礦業大學出版社，2003.