走向长壁分层开采急倾斜复杂厚煤层

图1　工作面布置示意图

2.2　加强关键地点支护管理
　　工作面生产技术管理中，支护是最重要的工作，其支护形式必须满足下列要求。
　　(1)支护材料要有整体性和连续性，形成支护整体，达到支得牢，稳定性好。
　　(2)支柱应有足够的初撑力和工作阻力。
　　(3)应有防止支柱插底的措施，支柱能保持恒阻，防止顶板移动“离层”，尤其是复合顶板条件下。
　　根据地质采矿条件，3123工作面选择了DZ25-25/100型单体液压支柱，HDJA-1000型金属铰接顶梁，配用5 t液压升柱器。针对分层底板为煤层或较软的页岩，为每根支柱自制了一个Ø250 mm或250 mm×250 mm，厚16 mm的铁鞋。大大提高了支柱的初撑力和工作阻力，比不穿铁鞋时支柱工作阻力提高了4～6倍，有效地防止了部分复合顶板的“离层”。
　　工作面支柱均保证3～5°的迎山角，另外在靠煤壁侧两种支柱的活柱下方200 mm处，用Ø5 mm钢丝绕柱一周，使这两排支柱在工作面倾斜方面上连成整体，防止块煤滚动时对支柱的冲击及放炮的影响，增加支柱的稳定性。
　　在靠切顶线的顶板下，首尾相连架设倾向棚，采用DZ25-25/100型单体液压支柱作腿，用直径180 mm，长1.8～2.0 m的半圆木作梁，一梁二柱。根据工作面倾角的变化，单体支柱向采空区方向倾斜10～15°，增加了支架的整体联接和切顶效果。另外，放顶前对支柱进行二次升压。
　　在回采工作面每根支柱的绞接顶梁上与之垂直均匀放置2～3根柳棍，其上放置自编塑料网。当煤层倾角大于50°；煤层较松软，尤其是初采阶段，支柱的铁鞋下同样要铺设塑料网，网间搭接200 mm，用铁丝或细尼龙绳固牢。初采的局部地段用底锚杆加固并用尼龙绳把底网与锚杆扎牢。在支柱间沿工作面走向的底板上放置用柳条捆扎而成的挡煤棍或挡煤板，长1.2～1.4 m，直径、高度不等。这样工作面形成了一个完整的支护系统，有效控制了顶板，成功的把分层底板与煤层固为一体，解决了松软煤层底板移动下滑，造成大面积支架倾倒问题，同时便于行人，控制了上方煤炭下滑伤人。
　　采用“由上而下”的放炮顺序。该面炮眼按“三花眼”布置，一次打眼装药，分段联线放炮，每段长6 m。由于工作面倾角大，煤层松软，加上放炮震动，使用由下而上的放炮顺序，易使分段放炮时的上方煤段塌落下滑造成事故。故改为从上向下顺段放炮，每段放炮后必须选挂梁，铺顶网，立柱等工序完成后，才允许继续进行下段工作。
　　采取上述措施后，满足了工作面安全支护要求，防止了工作面底板的滑移和支架倾倒问题。经测定工作面初次来压前后支柱平均最大载荷为19.8 MPa，其它载荷变化见图2。工作面支护系统安全度过了6 d初次来压最大载荷变化的考验，在工作面多次周期来压期间均实现了安全生产。同时取消了原工作面特殊支架——木垛，节省了大量木材，减少了工作面生产工序，降低了生产成本。

图2　支架载荷变化

2.3　上下出口管理
2.3.1　上出口管理
　　急倾斜工作面回柱放顶后，采空区矸石自动向下滚行，基本上可充满工作面下、中部采空区，但上出口有较大面积的空顶，给安全生产造成威胁，也曾发生过顶板的突然冒落，推倒工作面上部支架的事故。为解决工作面上部大面积空顶使用了2种方法。当坚硬老顶直接覆盖煤层之上，放顶后较长时间不冒落悬露面积较大时，采用打眼放炮强制放顶，用其冒落矸石充填上部采空区。其次，爆破上出口上方区段煤柱，使上部物体下放到上出口采空区充填，防止悬顶的突然冒落。
2.3.2　下出口管理
　　为防止急倾斜工作面放炮后，煤炭沿工作面底板迅速冲向下出口，伤人、冲倒支柱，减少通风、行人断面，造成风速过大煤尘飞扬。采取了下列措施：① 沿工作面底板倾斜方向8～10 m，顺走向放置一块大挡煤板，板长1.4 m，高0.3 m，交错布置，控制煤的流量；② 下出口超前掘进，加大该处放炮的间隔时间；③ 在下出口安装防尘装置；④ 在回柱放顶前，将采空区侧挡矸网修补好，尤其下出口要用塑料网加木柱挡好，防止采空区内的充填物窜出。

3　存在问题及解决途径
　　急倾斜走向长壁倾斜分层工作面，回柱放顶应按上行式回撤，但工人回撤支架劳动强度太大。以3123工作面为例，在长90～110 m的工作面中仅单体液压支柱就有近千根，每根支柱重58kg，在倾角44～58°的工作面向上拖运，是一项十分困难繁重的劳动。为减轻工人的劳动强度，配合走向长壁开采方法在急倾斜工作面的使用。把工作面从中部分为上下两段，上段工作面支架仍使用上行式回撤，中下部工作面使用下行式回撤方式。下行式回撤支架前在所回支架的下方，沿工作面走向安设临时安全挡板，规格同大挡煤板，再于挡板的上方安放塑料网，网的两侧固定在支柱上，操作人员站在安全地点回撤上方支架。

4　主要技术经济指标
　　3123工作面上下分层已回采完毕，采出煤量28.5万t。在该地质采矿条件下实现了安全生产，达到了单产较高，工作面采出率高，取消了工作面木垛，坑木消耗大幅度下降的要求，其主要技术经济指标见表1。

表1　主要技术经济指标

作者简介：李德忠，1949年生，高级工程师，1973年毕业于合肥工业大学采矿系。现在淮南工业学院主持特殊开采研究工作，多年从事煤矿特殊开采及地层控制的教学及研究工作。曾参编《中国采煤方法图集》，发表论文18篇。地址：安徽省淮南市，邮码：232001。
作者单位：李德忠　方华淑　(淮南工业学院)
　　　　　夏新川　韩家根　(连云港市煤炭工业公司)
　　　　　熊化云　(江苏省煤矿研究所)

参考文献
　1　赵全福主编.煤矿安全手册.北京：煤炭工业出版社，1989
　2　陈炎光，徐永圻主编.中国采煤方法.徐州：中国矿业大学出版社，1991
　3　李德忠，夏新川，取消采煤工作面木垛的认识.江苏煤炭，1998(4)