一种新型安全高效急倾斜复杂煤层采煤法介绍.doc

急倾斜煤层正倾斜金属柔性掩护支架采煤法介绍
引 言
在大倾角（≥600）急倾斜中厚煤层与薄煤层的开采实践中，伪倾斜金属柔性掩护支架采煤法得到了广泛应用，但在断层、折皱发育，走向变化大的煤层中使用这种采煤方法是十分困难的。通过长期的探索，湘潭矿业公司应用正倾斜金属柔性掩护支架采煤法成功破解了这一难题，为急倾斜复杂煤层的开采提供了可供借鉴的经验。
本文主要依据湘潭矿业公司的经验，较为详细地介绍了正倾斜金属柔性掩护支架采煤法的生产工艺和操作方法，可作为使用该采煤方法的相关技术人员、现场管理人员、作业人员的培训课件，也可供高等院校相关专业教学参考。
第一部分 概 述
  正倾斜金属柔性掩护支架采煤法是将工作面布置成水平状，沿煤层倾向推进，工作面支护使用金属柔性掩护支架的一种倾向壁式采煤法。其工作面长度可以根据地质条件来确定，工作面可长可短，一般可以在20米~80米之间选择。
工作面破煤工艺可以根据煤层开采条件采用风镐破煤、爆破破煤、机械破煤等方式。其中，机械破煤目前市场上尚无配套的专用设备，开采条件较好的工作面可考虑选用综掘机。
工作面煤炭运输可使用矿用耙矿机，也可使用刮板运输机运输机。目前市场上耙矿机品种较为丰富，可根据工作面长度与运输能力要求选用合适的型号（耙矿绞车选型参考资料见附件1）。使用刮板运输机时最好制作可手动升降的托架，以方便实现随采随落。
工作面支护选用金属柔性掩护支架结合单体液压支柱支护。金属柔性掩护支架结构与伪倾斜金属柔性掩护支架相同，由四边形支架、连接钢丝绳、夹板、螺栓、撑木、钢丝网等组成。
釆空区顶板釆用全部垮落法管理。
工作回釆就是从工作面一端开始，在掩护支架下方按循环进度釆煤，釆煤后将掩护支架往下落，即落架，直至工作面掩护支架全部下落到下一条水平线位置，如此反复进行釆煤直至工作面推进到终釆线结束。对于风镐破煤和爆破破煤的工作面，循环进度一般以0.6米-----0.8米为宜，机釆工作面循环进度应根据设备性能合理确定。
该采煤法的优点：
1、对因断层多而无法使用伪倾斜金属柔性掩护支架采煤法的煤层，采用该采煤方法可实现生产系统与回采工艺的正规化，工作面安全生产可实现规范化管理，采煤可实现机械化。
2、生产系统与工艺简单，生产准备工作量少，可实现三班连续采煤；
3、顶板管理简单、效果好，通风系统简单、易于管理、实现了负压通风，灾害预防与避险系统易于建设与维护，安全性好；
4、掩护支架一次铺就连续使用，支护材料搬运工作量少，工作面使用机械耙煤，作业人员劳动强度较低、工效较高；
5、由于使用了机械耙煤，与传统的正倾斜采煤法相比大大减少了立眼工程量，这既有利于解决立眼施工、维护事故高发的难题，又可大大降低巷道掘进与维护成本。
该采煤法的缺点：
1、掩护支架的结构固定、不能调宽，对煤层厚度、倾角等产状变化的适应性较差；
2、受工作面倾向长度的限制，工作面连续推进距离有限，工作面搬迁比较频繁，工作面产能受到一定限制。
该采煤方法的适用范围：
一般适用于开采倾角大于50度，煤层厚度1.2米至3米、煤层较稳定、倾向断层较发育的煤层。
第二部分 支架制作与安装
四边形支架制作：
四边形支架由四段9号矿用工字钢焊接而成，四条边分别称为顶梁、副顶梁、底梁、副底梁。支架尺寸主要根据煤层厚度、工作面使用机具对作业空间的要求、工作面通风对通风断面的要求确定。
支架每段梁一端的两面凹槽内各焊接一块小筋板，用于固定撑木位置。
各条边的长度及各条边之间的夹角的确定要满足以下要求：
1、底梁应平行煤层底板；
2、顶梁应垂直煤层顶板；
3、顶梁中线应位于支架在工作面正常回釆时的支架中线位置。
为方便现场安装支架，在支架的四条边的中线位置要各钻四个孔，孔距、孔径根据选用的连接钢丝绳和连接螺栓的直径确定。
连接钢丝绳应选用直径不小于25毫米的旧钢丝绳，可使用从提升绞车上换下来断丝不是很严重的旧钢丝绳，未使用过的新钢丝绳因其弹性较大容易在掩护支架使用一段时间后造成较大变形不宜用作连接钢丝绳。
夹板尺寸、螺栓规格根据钢丝绳大小确定。
撑木用松木或材质与松木相近的杂木制作，每根支架配撑木四块，其规格尺寸根据四边形支架每条边的长度，掩护支架铺设时四边形支架的间距，制作四边形支架的矿用工字钢的凹槽尺寸等因素确定，撑木长度一般以略等于支架边长的1/2~2/3为宜。
钢丝网可选用锚喷支护用的棱形钢丝网。
掩护支架铺设：
四边形支架铺设间距以每米5~6架为宜，即间距200毫米~170毫米，湘潭矿业公司采用的是每米6架。连接钢丝绳共四根，每根长度为工作面长度加8米，增加的8米用于掩护支架两端反卷固定。支架铺设时需要制作垫木将支架副顶梁垫高，垫木尺寸以使支架顶梁基本与煤层顶板垂直为度。
固定钢丝绳的夹板在四边形支架的每段梁上要错开布置，在每相临的两架支架间也应呈两两相靠地布置。这样有利于防止掩护支架在开采过程中的变形与撑木掉落。
掩护支架具体铺设步骤将在回采工艺部分详细介绍。

第三部分 巷道布置与施工次序
一、工作面巷道布置
工作面巷道全部沿煤层、靠底板布置，从下至上依次包括：运输石门两侧的联络平巷、行人立眼、溜煤立眼、运料立眼、工作面运输巷、行人运料立眼组、行人溜煤立眼组、工作面回风巷。
二、巷道施工次序
首先，在运输石门两侧沿煤层底板各掘一长度为6米的平巷，然后分别沿煤层底板向上掘立眼至工作面运输平巷位置。
石门两侧立眼到位后即开始沿煤层底板掘工作面运输平巷，并在掘出石门上方的运输平巷时在石门顶部掘溜煤立眼贯通运输平巷。
运输平巷掘至石门至工作面边界的中间位置时，即可在回风石门开始沿煤层顶板掘工作面回风平巷，掘至工作面边界为止。
运输平巷掘至工作面边界时，开始沿煤层底板向上掘进工作面里面一侧的双立眼，掘至与回风平巷贯通。其中一个为对直立眼，沿煤层底板向上单向掘进；
一个为分段立眼，呈阶梯状，每个阶梯有平巷与对直立眼贯通。
工作面第一组立眼掘完后，开始沿煤层底板向上掘工作面外面一侧的双立眼，掘至与回风平巷贯通。这一组立眼都是分段布置，每个阶梯有平巷相互贯通。
至此，工作面巷道掘进全部完成，即可开始工作面铺架及其他准备工作。

第四部分：回采工艺与开采过程
工作面回采分为三个阶段，即掩护支架铺设、回采落架、工作面收尾三个阶段。回采落架又分为初采与正常回采两个步骤。
一、 掩护支架铺设
掩护支架铺设从回风巷尾部开始，按由里往外次序进行。铺架前先在巷道底板中间位置开挖地沟，地沟呈倒梯形，上宽0.8米，下宽0.6米，深0.6米。第一次开挖长度8米，以后在整个铺架过程中，地沟开挖始终以超前铺架3米为宜。
形成8米地沟后即进行钢丝绳铺设。共铺设4根钢丝绳，其长度为工作面长度加8米（掩护支架两端头各留3－4米作反卷）。钢丝绳直径25毫米，可使用从提升绞车上替换下来的旧钢丝绳，新钢丝绳因弹性太大容易造成支架变形，不宜用于铺架。
钢丝绳铺设时要注意留足3米余绳，作为架尾反卷固定掩护支架用。
接下来先在煤层顶板侧按0.2米的间距放好支架垫木，然后就可以进行支架铺设了。
垫木高度应以满足掩护支架顶梁与煤层顶板基本成垂直角度为标准。
铺设第一架支架。
用夹板、螺栓将钢丝绳与支架连接起来。
注意：在架尾要留足3米钢丝绳作反卷固定用，螺帽必须拧紧。
将其它钢丝绳逐一与支架连接。
铺设第二架支架。
用夹板、螺栓将钢丝绳与支架连接，螺帽只稍微拧紧，待安装完撑木后才能完全拧紧。
放撑木。
将撑木放入支架凹槽内卡紧。
用大锤敲打支架，使撑木与支架挤紧。注意：为防止产生火花，严禁使用铁锤，只能使用铜锤或木锤。
最后用扳手将螺帽拧紧。
按同样步骤逐根连接其它钢丝绳。
安装长度达到5米时，暂停支架安装,进行架尾钢丝绳固定、
铺钢丝网和巷道支架回收。
固定架尾钢丝绳。
掩护支架安装长度达到5米时，将架尾预留的尾绳反卷固定
到支架上。
铺钢丝网
先铺架尾挡矸网，用铁丝扎紧在顶梁上。
护顶钢丝网直接铺在掩护支架顶梁上，也要用铁丝固定好。
回收巷道支架：
使用设备：回柱绞车。
掩护支架安装、铺网长度达到5米时，进行架尾巷道支架回
收，并将巷道顶板煤岩放落下来，以增加掩护支架落架时的重量，并形成支架缓冲垫层，防止采空区大块岩石砸环支架。
回收巷道支架只能使用回柱绞车或手动葫芦，严禁锤打斧
敲。先用钢丝绳将棚梁、棚腿预先绑好、然后将撑筒打掉、用
回柱绞车回出棚梁、棚腿。
将棚梁轻轻拖动，放落到掩护支架上，由人工经工作面回风
巷，搬运到回风石门材料场，并码放整齐。
将棚腿轻轻拉出，由人工经工作面回风巷搬运到回风石门材
料场，并码放整齐。
巷道支架回收后，如果顶板不冒落，应按《作业规程》规定
进行强制放顶。
接下来的掩护支架铺设工作按前述步骤重复进行。
二、初采
工作面初采从开始安装掩护支架的位置即架尾开始，先将两
个立眼至架尾段的地沟拓宽，拓宽至只保留支撑掩护支架的硬煤
为止。
破煤前要用盖板将行人立眼盖好，防止行人立眼堵塞。
使用风镐人工破煤。《煤矿安全规程》允许使用炮采的工作
面也可采用爆破破煤。
人工将破碎下来的浮煤全部清理干净。煤炭从溜煤立眼自溜
至工作面运输巷，经刮板运输机运出。
浮煤清理干净后，按2—3米的间距支好单体液压支柱。支柱
初撑力不宜过大，以使掩护支架保持原状为度。
注意：单体液压支柱不要顶在掩护支架顶梁的连接钢丝绳夹板处，可顶在顶梁靠夹板一侧或顶在连接钢丝绳上。
支好单体液压支柱后就可以进行耙煤绞车的安装了。
耙煤绞车的安装位置应选在两个立眼之间靠近溜煤立眼的地
方。
耙煤绞车的运输：由电机车运至工作面回风石门后，使用手
动葫芦拖移至工作面回风巷，然后用回柱绞车拖运至安装位置。
安装时用单体液压支柱打点柱压住绞车底座固定绞车。
安装好耙煤绞车后,继续往前拓宽5米长度的地沟。
安装耙煤绞车耙斗，滑轮用钢丝绳与挂钩挂在掩护支架顶梁
上或者用地锚杆固定。
耙斗装好后就可以使用耙煤绞车耙煤了。耙煤绞车司机必须
经过专门培训，严禁未经培训、无操作证人员操作耙煤绞车。
耙斗够不着的地方由人工辅助耙煤。人工辅助耙煤时，耙煤
绞车必须停止运行，严禁边开耙煤绞车边进行辅助耙煤。
浮煤全部清理完以后，用单体液压支柱支撑好掩护支架。支
柱间距2米，柱冒顶在掩护支架顶梁的连接钢丝绳夹板处。
至此，采煤扩地沟长度达到了10米，接下来要将这10米范围的掩护支架进行下放,即落架。
掩护支架落架：
掩护支架落架从架尾开始，按由里往外的次序分段逐步进行，每两米为一段。这样有利于支架均匀下降，防止受力不均匀。
架落第一步：挖空支架底梁下方的余煤。破煤前先将行人立
眼盖好。
落架第二步：撤出支架下面的垫木。
落架第三步：用卸压扳手将液压支柱缓慢卸压，使掩护支架
慢慢下放，支架停止下降后，保留液压支柱以防止支架向顶板方
向偏移。
注意：落架时不要一次将支架落到底，第一次大约落下来三
之一到二分之一，剩下的随第二、第三段落架时分一至两次下落
，这样可以使掩护支架受力均匀，保持较好的整体性。
浮煤清理完后，去掉行人立眼的盖板。
落架过程中，如果单体液压支柱活柱行程不够，可以挖柱窝
下沉支柱。注意：在掩护支架副顶梁未落到能起支撑作用的煤体
上之前液压支柱不能撤除，否则可能造成支架向顶板偏移。
按以上次序逐段落架，直至支架全部放落下来。
完成初次落架后，继续按照“采煤扩地沟—耙煤—支柱—拆
垫木—挖底梁下方支撑煤—卸单体液压支柱落架”的工序作业，
直到工作面掩护支架全部落平。
为提高采煤工效，采煤扩地沟与支柱工序可以多人同时作业，但落架必须按由里往外的次序顺序进行，否则将造成掩护支架受力不匀，支架变形严重，甚至造成落架困难。
完成初次落架后，按照同样步骤继续采煤落架，直到工作面
支架全部落平，工作面初采即告结束。
三、正常回采
完成初采后，首先要在架头位置补掘一对立眼，用作正常回
采时的通风、行人和材料运输通道。
工作面回采自架尾开始，回采工艺与初采基本相同，其工序
为：挖地沟采煤——耙煤绞车耙煤——扩地沟采煤——耙煤——
落架。循环进度即采深以0.6米—0.8米为宜。
随着工作面向下推进，所有与采空区相通的巷道要及时建好
隔离密闭，以减小采空区漏风，防止采空区余煤自燃。
当工作面架头推进到接近补充立眼下部的补充联络平巷时，
要及时补充下一段的补充立眼。
工作面停采线位置应综合考虑煤层与顶底板条件、矿压大小
等因素，由技术部门在《作业规程》中明确，工作面推进到停采
线时，必须停止回采，进行支架回收等收尾工作。

第五部分 常见问题的处理
一、 断绳处理
出现连接钢丝绳断裂时，应立即进行处理，防止导致支架整体变形。处理方法：在断绳处用同等型号的钢丝绳搭接，钢丝绳长度5米，使用六副绳卡固定。先拧紧断绳一端的绳卡 （3副），然后将另一端的钢丝绳稍微拉紧，套上另一端的绳卡（3副），再用手动葫芦把搭接钢丝绳拉紧，最后拧紧另一端绳卡。
二、撑木掉落处理
由于夹板螺丝松动、落架操作不当、压力过大等原因造成支架间隙扩大，都会导致撑木掉落。因此，回采过程中必须定期检查紧固夹板螺丝，严格按规定均匀落架，压力增大时增加点柱支撑，减少支架变形，防止撑木掉落。
一旦有撑木掉落，应立即进行处理，防止引起支架更大变形，甚至断绳。处理方法：补打比原撑木略宽的撑木，用木槌将支架间隙调小，重新拧紧螺帽。这样有利于支架尽量恢复原状。
三、支架翻转处理
正常回采时，如果掩护支架落架后出现向煤层底板方向翻转，则应在下一个循环落架时进行调架，将支架恢复到原来位置。调架方法：将液压支柱支撑在顶梁与副底梁交界处，这样可增加顶梁下沉量，使支架恢复到原来位置。
掩护支架发生向煤层顶板方向翻转的处理方法基本相同，不同之处：一是液压支柱支撑点改在顶梁与副顶梁交界处，二是需要使用液压扳手对液压支柱进行卸压，均匀控制支架下降。
四、过薄煤带处理
煤层变薄时，一般可根据煤层顶底板岩石性质选择较软的岩层强行破顶或破底推进，只要采取煤岩分装分运的措施，煤质可以得到较好的控制。
如果顶底板岩石比较坚硬，破矸困难，可通过调架使掩护支架按顺时针方向适当偏转，以减小采宽，减少破矸量，过完薄煤带后再将掩护支架调回正常状态。但这种方法非破矸十分困难尽量不要采用，因为反复调架容易造成掩护支架变形大，支架维护困难。
掩护支架偏转后减小的破矸量可以通过以下公式计算：
ΔL=a×cos(π-A)+b+c×cos(π-B)-a×cos(π/2-α)
-b×sin(A-α)-C×sin(A+C-π-α)
请注意单体液压支柱的支撑位置，调架效果主要是靠单体液压支柱来控制。
过完薄煤带后进入正常煤层的调架方法与支架发生翻转偏移时的调架方法一样，这里不作重复介绍。
五、窜矸处理
工作面发生窜矸时，可使用竹帘或钢丝网片将漏矸处背严实,然后用铁丝将桎木条挷在掩护支架上托起竹帘或钢丝网片，防止继续窜矸。
六、支架偏移处理
当掩护支架向煤层顶、底板发生偏移时，一般可在落架时使用单体液压支柱加打斜撑控制支架下落，使掩护支架回到正常位置。
七、过平巷处理
在工作面下方20米范围内的平巷，应采用单体液压支柱配π型梁抬棚加强支护。
当工作面推进到距平巷2至3米时，将金属支架替换成木支架，并采用碎煤对平巷作全断面充填。
耙煤绞车下方的平巷，用木垛充填，以确保过平巷时耙煤绞车的基座稳固。过平巷时，在木垛内充填碎煤并在木垛上搭上方木和木板，以方便耙煤绞车的安装和操作。
工作面底板距下部平巷距离小于3米时，工作面的单体液压支柱必须垫好方木地梁，以防止发生掉底。
工作面过平巷时，可以按正常循环进度推进，逐步拆除巷道支架，必要时用手动葫芦拨出木支柱或用手锯截断。
第六部分 工作面通风
工作面新鲜风流由工作面运输机巷经进风行人立眼组进入工作面，回风经补充立眼、联络平巷、回风立眼进入工作面回风巷。
工作面回风立眼组的下部两组立眼，必须制作活动盖板将其上口盖上，以防止风流短路。
为减少溜煤立眼的煤尘飞扬，在进风立眼与溜煤立眼间的所有联络巷都要建风门隔离风流。
工作面采空区一侧的所有废弃巷道，应将金属支架替换成木支架，然后建好隔离密闭，以防止采空区漏风。
溜煤立眼下出口要安装金属煤斗或使用木板控制出煤口大小，尽量减小溜煤立眼风量。

湘煤集团长沙实业公司 孔富根

说明：我公司所属湖南正翔科技发展公司可提供该采煤方法的视频培训软件，有需要者请联系:
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