偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤方法(新修訂)

1、偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤方法（新修訂）偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤方法在急傾斜煤層中的應(yīng)用林在峰（開(kāi)灤（集團(tuán)）興隆縣久長(zhǎng)礦業(yè)有限公司 承德：067306 ）摘要在世界各國(guó)的煤炭開(kāi)采中，急傾斜煤層的 開(kāi)采一直是一個(gè)世界性的難題。近幾年， 我國(guó)相 繼研制了大傾角自移式液壓支架，能適應(yīng)煤層的 最大傾角達(dá)近60。，但支架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作困難 且故障率高，同時(shí)，支架重量大，運(yùn)輸、安裝、 拆除都非常困難，還存在巷道掘進(jìn)率高、煤炭損 失率高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大及開(kāi)采效益低的致命缺 陷。而本文推廣的大角度偽傾斜柔性掩護(hù)支架采 煤法具有：支架整體強(qiáng)度高、安全可靠、適應(yīng)性 強(qiáng)、安裝拆解方便、工序簡(jiǎn)單、工作面空間大、 效率高、工

2、人勞動(dòng)強(qiáng)度小等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞厚煤層 急傾斜 偽傾斜柔性掩護(hù)支架 采煤方法0引言我公司井田的煤層就屬于這種賦存條件， 建 井20多年以來(lái)先后采用傳統(tǒng)的巷柱式采煤和簡(jiǎn) 易的地溝式采煤方法。以上兩種采煤方法，安全 事故多、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境惡劣和資源 回收率低（最低的還不足 40%。為徹底解決本 公司采煤方法問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)回采工作面的轉(zhuǎn)型換代 并為集約增產(chǎn)、內(nèi)涵增效和打造本質(zhì)安全型礦井 創(chuàng)造條件，2011年11月經(jīng)與北京誠(chéng)田恒業(yè)煤礦 設(shè)備有限公司合作，針對(duì)我公司資源條件，專(zhuān)門(mén) 研制了新型柔性掩護(hù)支架，該液壓支架為液壓系 統(tǒng)控制、多段、多邊形的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，支架尾梁由 液壓缸伸縮控制實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)可使支架順利通

3、過(guò)煤 層厚度變化頻繁的特殊地質(zhì)構(gòu)造帶，又可在煤層 變厚時(shí)，利于側(cè)放煤；在支架主梁靠近導(dǎo)向梁位 置留有柱位，以便加掛支柱輔助支撐或用于調(diào)整 支架狀態(tài)。這一特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)、外絕無(wú)僅有。在國(guó) 內(nèi)屬首面開(kāi)采。開(kāi)采實(shí)踐表明，該支架從根本上 改變了現(xiàn)有支架不能適應(yīng)煤層厚度及傾角變化 的不足和缺陷，解決了工作面安全狀況，形成了 大空間的安全環(huán)境，通風(fēng)狀態(tài)明顯改觀，有效 地避免了瓦斯事故，工作面生產(chǎn)能力、回采率和回采效率明顯提高。1、礦井資源條件1.1、 地質(zhì)構(gòu)造：開(kāi)采井田位于平頂山向斜的南、 北兩翼，區(qū)內(nèi)派生構(gòu)造多，中、小型褶皺發(fā)育， 落差在2 5m的斷層多，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜。1.2、 煤層及頂?shù)装澹壕锖旱貙?/p>

4、為中生界侏 羅系下統(tǒng)下花園組，煤層傾角較大，傾角一般在 40-63°之間，平均51°。煤層厚度一般為0.7m（最低可采邊界）8.50 m,屬較穩(wěn)定煤層。煤 層直接頂板為鱗片狀的黑色頁(yè)巖、炭質(zhì)泥巖，隨 采隨冒，屬I(mǎi)類(lèi)不穩(wěn)定頂板。老頂為淺灰色板狀 鈣質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)粉砂巖采動(dòng)時(shí)老頂來(lái)壓明顯，屬 n級(jí)頂板。煤層直接底板為灰黑色砂質(zhì)頁(yè)巖、泥 巖，老底為黑灰色砂巖。1.3、 水文地質(zhì)：礦井水文地質(zhì)條件為中等，井 下正常涌水量20n3/h,最大涌水量50n3/h。1.4、 瓦斯和煤塵：礦井相對(duì)瓦斯涌出量 4.32m3 /t ,絕對(duì)瓦斯涌出量 0.665 m3/min。煤塵爆炸 指數(shù)為29%

5、煤層自燃發(fā)火傾向性為H級(jí)，礦井 屬瓦斯礦井。2、礦井工程條件2.1、 開(kāi)拓方式：斜井開(kāi)拓;2.2、 采區(qū)布置方式：下山采區(qū)，雙翼開(kāi)采；2.3、 礦井通風(fēng)：抽出式通風(fēng)方法，中央邊界式 通風(fēng)方式；2.4、 工作面條件：工作面煤層厚度 3 4 m,傾 角52° ,走向長(zhǎng)400 m,傾余長(zhǎng)30m偽斜坡度 25°?；仫L(fēng)、運(yùn)輸平巷順煤層走向沿頂板布置， 采用“25U型”鋼拱形支護(hù)，凈斷面積 5 m2。采 用爆破落煤，搪瓷溜槽自溜，柔性掩護(hù)支架上下 交替循環(huán)支護(hù)。3、工作面回采工藝3.1、 支架技術(shù)原理：液壓支架由多段整體箱式 結(jié)構(gòu)件組成多邊形支架，架間采用3至5道高強(qiáng) 度圓環(huán)鏈連接并配

6、合液壓系統(tǒng)，形成了對(duì)開(kāi)采空 間的全封閉支護(hù)，支架頂端固定支撐煤層頂板， 支架中部支撐頂板的跨落物，支架下部支撐底板 側(cè)，開(kāi)挖工作面煤炭，使支架底部支撐懸空，在 上部跨落物的垂直壓力下，支架沿頂板自動(dòng)下移 并自動(dòng)支撐。遇煤層產(chǎn)狀變化支架通過(guò)各肢之間 的液壓油缸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，整個(gè)工作面支架均按 照工藝設(shè)計(jì)形成自移。3.2、 支架結(jié)構(gòu)根據(jù)我公司的資源開(kāi)采條件及113工作面的具體情況，我公司設(shè)計(jì)的柔掩支架架型為 ZRY27/35L,其主梁長(zhǎng)1900mm掩護(hù)梁加尾梁長(zhǎng) 1980mm支架垂高1618mm支架最大長(zhǎng)度 3530mm最小長(zhǎng)度2660mm與原有柔掩支架相 比，增大了主梁長(zhǎng)度，垂高不低于 1600

7、mm這 樣可保證操作人員的作業(yè)空間。柔掩支架組成結(jié) 構(gòu)情況見(jiàn)圖1圖4.柔掩支架架型結(jié)構(gòu)圖1« 財(cái)（"在卜圖1支架由導(dǎo)向梁（首肢或頭肢）、主梁或頂 梁（次肢或二肢）、掩護(hù)梁或背梁（中肢或三肢）、擺梁或尾梁（尾肢或末肢）中的三 到四部分組成，各肢之間呈一定固定或可調(diào) 夾角；相鄰支架由三到四處連接裝置進(jìn)行連 接。支架的后視圖2柔掩支架工作面上變坡點(diǎn)示意圖3咫I四,17 U 1 H 11! h Ji/ / /圖3從圖2和圖3可以看出，支架梁寬自主梁向 尾梁為上寬下窄的倒錐形，這樣可保證支架在工作面與上順槽連接處以及工作面內(nèi)坡度變化時(shí) 能順利實(shí)現(xiàn)變坡，而不致于尾梁咬架， 支架連接方式

8、圖4圖4支架間連接采用圓環(huán)鏈?zhǔn)竭B接。共三道連 接，主梁兩道，掩護(hù)梁一道，主梁采用三環(huán)鏈連 接，掩護(hù)梁采用五環(huán)鏈連接，這樣既保證了支架 間的柔性，又可保證工作面支架與下順槽連接處 順利實(shí)現(xiàn)變坡。3.3、 回采工藝173.3.1、 采面正立面圖圖 5支架在工作面為偽斜25°30°布置，工 作面運(yùn)輸順槽單巷掘進(jìn)，回采時(shí)超前預(yù)掘漏煤 眼，其間距為中對(duì)中8m斷面為1.2*1.2m正方 形。工作面下端支架支護(hù)要超過(guò)兩個(gè)漏煤眼， 即前部漏煤眼運(yùn)煤，后部漏煤眼作為行人、拆 架、運(yùn)料通道?；仫L(fēng)順槽超前支護(hù)由柔掩支架 完成；運(yùn)輸采用加密25U型鋼拱形金屬棚做為 下順槽超前支護(hù)。3.3.2、 巷

9、道布置及工藝流程支架沿頂板布置，一端由導(dǎo)向梁貼頂板（或 煤壁）支撐，另一端由尾梁支在底板（或底煤）上形成支架的兩個(gè)最基本的支點(diǎn)；隨著煤壁或 煤槽（地溝）推進(jìn)或開(kāi)挖，支架的兩支點(diǎn)失去 支撐，在架后（采空區(qū)）肝石推擠和本身重力 雙重作用下實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，其工藝流程如圖6至圖9 所示。3.3.2.1、 放炮破煤圖6在分段臺(tái)階處大致沿臺(tái)階（工作面）坡度 方向打眼（厚煤層還可向掩護(hù)梁和尾梁側(cè)幫里 打眼放松動(dòng)炮落幫煤），放炮前提起該部位支柱 或卸載，然后分段放炮。1.1.1.1、 煤運(yùn)煤E>"索三4| -£三京泰5 *、工工工S建-hwqAfqL!l-， Fsi- :&J/E

10、r 三：:-二 一國(guó) 、二一二十二 黑左曳3LK勿23 ;-i-:T.T> :7;1!_:!: 匕二力至二母隨著響炮煤體被松動(dòng)、拋開(kāi)和自溜，通過(guò) 搪瓷溜槽運(yùn)至儲(chǔ)煤眼。3.3.2.3、 支護(hù)（圖8）清凈放炮崩落的煤炭，該部位的部分支架失去支撐由采空區(qū)研石推擠和支架本身的重量 下落，支架將采空區(qū)與操作空間隔開(kāi)，阻擋肝 石涌入，維護(hù)操作空間安全，起掩護(hù)作用;回 0?在由頂板自承、煤壁支撐、底板自承、泵 空肝石及支架聯(lián)合支撐所構(gòu)筑的受力體系中， 支架只起到輔助支撐作用。3.3.2.4、 整好的支架狀態(tài)女比-= .-4: .l»r:子7:r: “:J'J!-1:-)至;'

11、>匕:_河_. 二二二二二二 :-二- 募冬一顯（圖9）用頂梁?jiǎn)误w液壓支柱配合尾梁千斤頂調(diào)整 好支架狀態(tài)并將支柱和尾梁按支柱初撐力進(jìn)行 注液打壓完成一個(gè)放炮落煤小循環(huán)。如此重復(fù) 13工序，直至完成整個(gè)工作面循環(huán)。4、支架使用對(duì)比4.1、 傳統(tǒng)柔性掩護(hù)支護(hù)的缺陷傳統(tǒng)柔性掩護(hù)支護(hù)材質(zhì)為普通的11#工字鋼, 按一定長(zhǎng)度和角度折彎焊接而成， 強(qiáng)度較低，一 般八字型或四肢型支架最大弦長(zhǎng)不超過(guò) 2.2米, 行人空間狹小，因高度不足而只能采用臺(tái)階式出 煤方式，臺(tái)階方式出煤不僅每個(gè)循環(huán)的出煤量 少，而且在臺(tái)階處極易出現(xiàn)因阻斷風(fēng)流而發(fā)生瓦 斯事故。因支架各肢均為固定焊接，其形狀及整 體性所致運(yùn)輸困難；支架

12、間用幾道鋼絲繩配合木板螺栓固定連 接，安裝、拆架及擠架處理困難；且不易固定， 木板易掉，極易出現(xiàn)漏煤漏肝等不安全隱患；因支架為固定焊接且自身無(wú)動(dòng)力，因此對(duì)煤 層厚度變化及傾角變化適應(yīng)性差，進(jìn)而還存在巷 道掘進(jìn)率高、煤炭損失率高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大及 開(kāi)采效益低的致命缺陷。4.2、 針對(duì)傳統(tǒng)柔掩支護(hù)的缺陷，該型柔性掩護(hù) 液壓支架特點(diǎn)4.2.1、 支架各肢由箱體焊接件組成，支架原材 料選用高強(qiáng)度鋼板（叁Q690）,并對(duì)焊接結(jié)構(gòu)件 進(jìn)行熱處理，以消除焊接應(yīng)力，確保支架整體強(qiáng) 度得到極大提高，安全性更加可靠，由于強(qiáng)度足 夠，因此完全可以根據(jù)煤層厚度需要設(shè)計(jì)與煤層相適應(yīng)的支架。4.2.2、 各肢采用分段直式

13、箱體組裝方式，拆解 方便，便于支架在井下的運(yùn)輸。4.2.3、 保證支架在井下支設(shè)后法線高度不低于1.6米，這樣可以確保行人高度。進(jìn)而可以改變 傳統(tǒng)柔掩支架因高度不足而只能采用臺(tái)階式的 出煤方式，可以采用斜坡下扎打眼分段裝藥響炮 的落煤方式。該方式不僅提高了工作面的生產(chǎn)能 力而且從根本上杜絕了通風(fēng)事故的發(fā)生。4.2.4、 架與架之間用3-5道高強(qiáng)度圓環(huán)鏈連接， 強(qiáng)度大，安拆簡(jiǎn)單，柔性更好。4.2.5、 支架采用液壓裝置，一方面可以通過(guò)尾 梁的伸出和收回極大地提高了對(duì)煤層厚度及傾 角變化的適應(yīng)性，另一方面還實(shí)現(xiàn)了自帶動(dòng)力支 架自移。從而減少了工序，極大地減輕了工人的 勞動(dòng)強(qiáng)度。5、主要安全技術(shù)措施

14、5.1、 掘進(jìn)超前眼5.1.1、 掘進(jìn)起眼時(shí)（規(guī)格：凈1.2mx 1.2方眼）， 直接在5m2Uft形棚梁子上扣盤(pán)，第一圈眼料用 8號(hào)鐵絲捆綁在梁子上，捆綁牢固，材質(zhì)為直徑 不小于12mm長(zhǎng)1.5m的硬質(zhì)圓木，砍殼深度為直徑的1/51/4。5.1.2、 超前眼掘進(jìn)，一旦發(fā)生抽冒要立即將下 口插嚴(yán)，嚴(yán)禁放煤，并及時(shí)通知工作面人員撤離 受波及區(qū)域，并將工作面上、下出口打好警戒柵 欄，人員嚴(yán)禁通行。5.2、 尾出煤5.2.1、 巷尾出煤采用一次性打眼放炮，炮后如 煤不下來(lái)巷尾空著時(shí)，回棚子到實(shí)茬煤處再打眼 響炮，5.2.2、 出煤口必須攔好1/2的影子，嚴(yán)禁敞口 放煤，放煤口拱形棚子梁下打好中柱，防

15、止棚子 變形。5.3、 擴(kuò)面、擺架子5.3.1、 擴(kuò)面一律沿頂板進(jìn)行，防止安裝架子時(shí) 不牢固，便于工作面回采。5.3.2、 擴(kuò)面回拱型棚子一次1架，如煤質(zhì)松軟, 用撞楔打好控制頂板，控制好上頂后再回撤拱型 棚子。5.3.3、 擴(kuò)面以手鎬作業(yè)為主，如小面煤質(zhì)堅(jiān)硬， 手鎬刨不動(dòng)時(shí)（柱窩），可以響炮。5.3.4、 當(dāng)頂板回風(fēng)巷面擴(kuò)好后，開(kāi)始擺架子， 擺架子按照安裝架子的程序進(jìn)行。5.3.5、 擺架子過(guò)程中要隨時(shí)注意觀察頂板巷的 支護(hù)狀況及壓力變化，如有問(wèn)題必須停止擺架子 工作，進(jìn)行處理。擺架子與擴(kuò)面不許同時(shí)作業(yè)。 5.4、爆破落煤與落架子5.4.1、 溝面?zhèn)蝺A角保持在25-28度，局部最大 不得超過(guò)

16、30度，否則必須暫停落煤，加快擴(kuò)、 擺進(jìn)度，及時(shí)調(diào)整好溝面?zhèn)蝺A角。5.4.2、 正常回采時(shí)，上巷平架子要保持15架， 下巷保持2個(gè)小眼，確保正常通風(fēng)、行人和溜煤。5.4.3、 工作面內(nèi)必須采取自下而上分段放炮的 方式，響炮后，必須先把本段煤出清，架子落好 后再進(jìn)行下一段響炮。每段響炮后，必須自下而 上把該段煤出凈，保持溝面作業(yè)空間高度不小于 1.6m,然后再進(jìn)行下一階段崩溝，防止炮后堵溝, 造成不能通風(fēng)或瓦斯積存。5.5、下巷尾端拆架子5.5.1、 拆架子時(shí)，工作地點(diǎn)后方必須至少有 2 個(gè)眼，保證出煤，運(yùn)料，通風(fēng)和行人。5.5.2、 拆架子必須由里向外后退式進(jìn)行，尾端 支架數(shù)量不少于21架。5.5.3、 拆架子時(shí)，人員要站在有掩護(hù)支架的地 點(diǎn)進(jìn)行操作，不許站在應(yīng)回架子的下方或里邊無(wú)掩護(hù)支架的地方操作。6、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果工作面月單產(chǎn)能力9000t （以面長(zhǎng)30m采 高2m計(jì)）、回采率95%直接工效8.1t/工、掘 進(jìn)率60 m/萬(wàn)t、坑木消耗11 m3/萬(wàn)t。工作面 單產(chǎn)能力、回采率和直接工效分別比一般柔性掩 護(hù)支架采煤方法提高50% 20%口 125%掘進(jìn)率 和坑木消耗分別比一般柔性掩護(hù)支架采煤方法 降低50嗨口 70%7、結(jié)語(yǔ)偽傾斜柔性掩護(hù)