花香袭人春月塘 张峰:悬移支架放顶煤在大倾角中厚煤层中的应用

great use of angle bracket suspended load（悬移支架）

炮采工作面ZH型整体悬移支架

ZH系列组合顶梁液压支架已申报多项国家专利。它是介于悬移顶梁液压支架与综采液压支架之间的一种自移式轻型支护设备。它既保持了综采支架安全、支护强度大、移动速度快的有点，又有适应性强、体积小、重量轻、以维护操作、移动灵活、运输方便、对工人技术素质要求不高等优点。该支架通过托梁使全部支架连为一体，使其具有比任何支架都好的稳定性，完全可确保工作面不倒架。并具有同时提起全部支柱，向前移动的行走方式，配以整体大地盘，使其比悬移和综采支架更能适应松软底板工作面。该支架支护面积大、移动速度快，可配合双滚筒采煤机，相当于综采工作面的机械化程度，而投资相对于综采支架大大降低。该支架一次采全高可达3.5米，并可根据顶板压力增加后柱的数量，增大支护能力。特别使用于顶板破碎、矿压变化比较达的工作面。机采、炮采均可，并能同时开帮和放顶煤。

1.整体结构顶梁，不铺顶网；

2.无前伸梁；

3.一部运输机实现开帮煤，放顶煤；

4.开帮煤、放顶煤可平行作业； .

5.支架宽度根据用户实际地质条件调整、定制。

1.标准配置Φ110外注式液压支柱，亦可根据用户要求采用液压集中控制；

2.可选支柱柱径：Φ125 、Φ140。标准配置Φ240底盘，用户可根据底板情况订制所

需底盘；

3.架间距根据煤的硬度调整，标准为40mm，最大80mm；

4.配套泵站：流量80L/min以上各种型号乳化液泵站；

5.配配套运输机：SGB620/40T以下，根据工作面长度确定；

1.炮采放顶煤、一次性采全高；

2.除地质条件较好的工作面以外，适应软煤、破碎顶板、松软底板，层理、节理发

育紊乱的煤层，煤层厚度变化较大的工作面；

3.工作面倾角≤18°；

4.适应煤层厚度：2米以上；特厚煤层需调节放煤口的尺寸（通过调节支架高度或宽度、工作阻力实现）；

5.支架可过空（必须与采煤方法、技术、经验结合）。

悬移支架放顶煤在大倾角中厚煤层中的应用

王飞（鸡西市安全生产监督管理局）蔡艺华（鸡西市安全生产监督管理局）

摘要：简要分析和总结了悬移支架放顶煤在大倾角中厚煤层中的支护管理、顶板管理、放顶煤管理以及防治自燃发火等实践，针对存在的问题提出了建议，对完善和推广悬移支架放顶煤开采技术具有指导作用。

关键词：悬移支架；放顶煤；支护；顶板管理；自燃发火

1、概述

倾角在35°以上的倾斜煤层，安全开采是国内采矿界比较棘手的问题。由于其在开采煤层中产量比例很小，加之又有特殊的矿压显现，使其管理复杂，采煤方法的选择是一个难题。

立新煤矿自1960年投产以来，曾采用过的水平分层假顶、老回煤、倒台阶及坑木支护的长壁、柔性掩护支架等采煤方法，存在煤炭资源回收率低、掘进率高、通风差、易发生瓦斯积聚和火灾事故、单产低、坑木消耗大、安全条件差、易使顶板抽冒推垮、窜矸堵面等缺点。为此，该矿近几年在大倾角、中厚煤层工作面使用悬移支架放顶煤工艺。下面对该矿一440mE4C13工作面开采工艺进行总结。

2、工作面概况

2.1 工作面地质概况

(1)C13顶板为灰色砂质粘土岩，厚度6.4～10.3m，平均8.3m；底板为灰色粘土岩，厚度0.3～0.7m，平均0.5m，其下为C12煤层，厚度0.3～0.9m，平均0.6m；C12煤层底板为灰色粘土岩，厚度2.1～2.5m，平均2.3m。

(2)C13煤层厚度2.3～8.7m，平均5.5m，该煤层在本采区内属稳定的厚煤层，黑色，弱油脂光泽，为半亮一半暗型，呈鳞片状、粉沫状，性较软，中间夹有镜煤条带。该煤层与顶部C15煤层法线距18.0m
左右，与底部B11b煤层法线距63.0m左右。

(3)该工作面走向长422～446m，平均434m，倾斜长47～70m，平均55m，煤层倾角30～46°，平均38°。

(4)工作面回采上限-394.6～-392.2m，回采下限-428.7～-426．8 m。

2.2 工作面技术概况

工作面支架、设备布置

(1)支架型号规格及间距。悬移支架工作面选用转向式悬移支架，其型号为XDY-H，梁长2.66m，架宽0.68m，顶梁高度250mm，单梁宽度260mm，行程1.0m，每架6柱，支架重量1000kg，支架沿走向方向排列，支架间距420mm，中心距1200mm。

(2)最大及最小控顶距。第一次放顶、初次放顶、正常放顶，其最大控顶距为3.66m，最小控顶距为2.66m。两端头最大控顶距为3.4m，最小控顶距为2.40m。

(3)工作面临时支护采用φ220mm×2000m优质半圆木作梁子，DZ22/30-100单体液压支柱作腿子，一梁两柱顺山棚支护顶板。

(4)工作面背顶沿走向铺设金属网，网的规格为5000m×1000mm，网孔规格50mm×50mm，网与网间搭接长度不少于150mm，并用12#铁丝连接，间距不大于200mm。用φ30mm×1000mm塘棍进行过顶，过顶数量根据顶板的破碎程度而定，一般情况不少于4根／m。

3、主要安全技术措施

3.1 支护措施

3.1.1
提高支柱本身的初撑力

(1)确保液压泵的输出泵压18～20MPa。

(2)工作面所有支柱全承载。

(3)每班对工作面所有支柱至少二次加压一次。

(4)支柱支到实底上，并挖矸子窝不少于50mm。底软或留有底煤时，必须穿特制的铁鞋。

3.1.2
提高支架的刚度

悬移支架是由支柱和顶梁组成的，支柱的刚度是一定的，关键是顶梁与顶板、支柱与顶梁、支柱与底板的接触质量。在这方面采取了如下措施：

(1)采用φ220mm×2000mm一锯两半的半圆木过顶，增大顶梁与顶板接触面积。

(2)支柱与顶梁接触严密、平稳。

(3)所有支柱必须有柱窝，以提高底板比压。

(4)顶板破碎及局部漏空地点，一律用塘柴、老料等物填严背实之后再铺网扶梁支柱。

3.1.3
提高支架的整体性

工作面所有独立支架间用30型刮板机链条和特制的拉丝钩将支架联成一个整体，使用时在煤壁和老塘侧两个档各一路，且用自制的拉丝钩进行预紧。这就在采场中组成了一个稳定的、可以阻止顶板沿层面向下的滑移力的“整体支架”。

3.1.4
设支柱迎山角

使支柱有3～5°的迎山角，可以阻止顶板的下推力。

3.1.5
工作面成俯斜开采

工作面煤壁线与正倾斜方位线间的夹角在15～25°之间。工作面成俯斜开采的作用如下：①相应减少了工作面的倾角；②充分利用煤壁的支撑作用；③有利于防止抽冒，便于顶煤的回收。

工作面俯斜开采时，俯斜角必须根据工作面的真倾角确定一个合适的角度，其角度不能过大，否则有以下不利：①老塘侧的矸石及煤对支架的推力加大，不利支架的稳定；②支架移走后，顶煤未充分冒落，采空区矸石已充填实老塘，不利顶煤回收；③放顶时向煤壁冲力加大。

3.1.6
采用一梁三柱顺山棚支护

上口顺槽金属梯形棚用过河形式支护，即采用一梁三柱顺山棚的形式支护，替换铁棚。

3.2 顶板管理

3.2.1
护顶

放顶煤工作面的顶板是煤体，管理难度大，对工作面的安全特别重要，做法如下：

(1)保持采高一致，保持活柱升降高度相等，以确保顶板受力均匀。

(2)顶煤松软易抽时，临时顺山棚棚距缩小至0.5m。

(3)背顶方面：①采煤后，自下而上背规格为5000mm×l000mm，网孔规格50mm×50mm，网与网间搭接长度不少于150mm，并用l2#铁丝连结，间距不大于200mm；②铺网后再用φ30mm×l000mm塘棍进行过顶，过顶数量根据顶板的破碎程度而定，一般情况不少于4根／m；③扶梁支柱；④顶板局部漏顶处用塘柴、老料、笆片接实背严；⑤顶煤松软时，缩小排距为0.5m。

3.2.2
护底

支柱对底板的压强大于底板的比压，支柱必须穿铁鞋。所有支柱必须有柱窝，且深度不少100mm。

3.2.3
护煤壁

(1)在煤壁松软情况下，金属网必须全封闭。

(2)煤壁采成75～85°。

(3)煤壁支设贴帮柱，并用塘柴制品背帮。

2.3 放顶煤

放顶煤采用分段、间隔、多轮次自下而上分段，段内放顶煤由上向下顺序进行。

(1)放煤前后必须对放煤口上下2m范围内支柱进行补液加压。

(2)工作面最多同时只准开3个放煤口，放煤口间隔1.0～1.5m。

(3)工作面首轮放顶煤必须在最小控顶距下进行，放煤开口下端距底板不大于500mm；采煤班允许在最大控顶距下放老塘死角煤，放煤开口距底板不大于300mm，二次放煤不受采煤位置的影响。

(4)放煤过程中，老塘侧如连续出现三架以上的梁头不实有空隙或塘内顶板大面积不冒，应立即停止放煤作业，对该处及其上下2m范围内采取一梁三柱顺山棚进行加强支护，并对其上下各不少于3m的范围内支柱进行二次加压。

(5)在放煤过程中，见碎白矸即停，应及时用l4#铁丝将放煤口联好，以防窜矸。

(6)以下块段严禁放顶煤：①工作面上端头倾斜长度5.0m范围内严禁放顶煤；②工作面倾角大于50°段及其以下3m范围内严禁放顶煤；③落差大于2m的断层带及其以下5m范围内严禁放顶煤。

3.4 防治自燃发火措施

放顶煤采煤法，煤炭资源回收不净，特别是在工作面初放期间，工作面严禁放煤，大量浮煤均留在老塘内。煤层倾角大，阶段间留设5m隔离煤柱，开采时根本无法保留，上阶段采空区所遗留的氧化时间较长的浮煤随阶段煤柱的垮落而增大供氧，极易造成自燃发火，防治自燃发火特别重要。

3.4.1
稳定通风系统，实行均压通风

(1)对工作面增阻调压，选择适当风量。正常情况下，工作面风量需配至270m3／min，方可满足工作面降温要求。采取优化系统，缩短行程，在进风巷增设净化喷雾等措施，降低了进风巷温度，进而通过在回风巷增设调节风门，使工作面风量保持在180m3／min，仍能满足其排瓦斯、防尘、降温等要求。使采空区内原有的自燃氧化带宽度变小，窒息带前移，已经发展起来的自燃现象就会得到抑制。

(2)对上阶段采空区实行均压，减少采空区漏风。在采区回风石门内增设调节风门，降低采空区的压差，减少采空区漏风，这样可以使上阶段采空区上、下端口保持均压、稳定、窒息状态，其老塘内有毒有害气体不会涌向工作面回风巷。

(3)稳定通风系统。对采区所有风门均设置牢固可靠的连锁装置，均压风门设置开停传感器，必要时要安专人看管。

3.4.2
认真开展火灾的预测预报，把火灾隐患消灭在萌芽状态

(1)建立预测预报制度，设立防火台帐，将CO气体纳入常规检查内容，每班瓦检员至少检查1次工作面及回风巷中C0及温度情况，区、队干部每天至少有1人对工作面及附近采空区墙内的气体灌浆等情况巡查1次；并利用色谱分析仪每周至少取样分析2次工作面及回风巷中CO情况。

(2)认真收集原始数据，勤于总结，确定自燃发火临界指标。C13煤层属极易自燃发火煤层，发火期短，在常温下氧化均能产生一定的CO气体，一般工作面在回采20天后，上隅角CO气体正常为20×l0-6～30×l0-6，最高达80×l0-6，回风巷存在有2×l0-6～4×l0-6。通过对20个Cl3煤层回采面的观测，并结合井下实际情况，分析得出，当工作面回风巷内CO绝对涌出量QCO＜7.5×l0-4m3／min时，工作面较为稳定，一般不会自燃发火；当7.5×l0-4m3／min＜QCOp＜15×l0-4m3／min时，必须加强防火灌浆，并分析原因，寻找高温点；当QCO＞15×l0-4m3／min时，说明采空区已发生严重氧化，工作面必须停止放煤，加快推进，并对采空区补打钻孔进行强化注浆。消除隐患后，工作面方可恢复正常回采。

3.4.3
改变注浆方式，加强采区注浆

通风系统稳定和预测预报是防止煤层自燃的前提，而有效地注浆才是消除自燃发火的根本手段。

(1)上隅角底板挂管注浆。因工作面采用伪倾斜回采，因此在老塘内埋入两路注浆管路，管路上每隔20m交错布置一组注浆孔，使注浆孔始终滞后于工作面l0～20m。针对急倾斜煤层老塘放煤后注浆管易滑落，在煤层底板每隔5m打一锚杆，用来固定管路，使管路埋入老塘后能够始终有效注浆。

(2)机巷老塘埋管注浆。在工作面回采期间，下阶段风巷已开始掘进，因阶段煤柱净高不足5m，基本上可以说是沿空掘进，采空区漏风增大。因此在机巷内也敷设一路管路，工作面每推进5m进行1次注浆，浆液浓度1:4。机尾见浆即停，使阶段煤体表面能够始终被浆液覆盖，既能防止阶段煤柱着火，又能减少漏风。

(3)顶板走向钻孔注浆。由于工作面角度大，采用伪倾斜回采，若钻孔距煤层太近，顶板冒落后，工作面立即出现浆液，无法达到注浆效果。根据上下口相错长度，钻孔注浆出浆在上过河口以里20m为最佳注浆点。因此在上顺槽每隔60m向顶板施工一钻场，每个钻场内布置2～3个注浆孔，钻孔与煤层走向基本平行，倾角0～3°，孔径73mm，用SGZ-150型钻机施工，孔内全部下φ50mm铁管，铁管2m一节，每节管子上均匀布置10mm的出浆孔，两端车丝连接。根据C13煤层顶板结构，钻孔开孔距C13槽煤层平距2～3m时，钻孔端口一般滞后工作面20～25m，浆液全部灌人老塘内，达到了预期的灌浆效果，且不会影响工作面的环境及正常生产。

3.4.4
采后及时封闭注浆

工作面在回采前即确定收作位置，收作后20天内支架、设备必须回收完毕，5天之内由通风区对采空区完全封闭。

采空区封闭质量、漏风状况，对于急倾斜矿井采空区区域性防火至关重要，因此在所有连通采空区的巷道均采用连续砌筑两道封闭墙的方法，两墙间距0.5m。两墙施工完毕后，用双液注浆泵向两墙

问注凝胶对巷道周边进行堵漏，以减少漏风。封闭结束后，必须对每一道火墙定期循环注浆，使浆液注满封闭墙。同时在收作石门或底板巷向收作处布置穿层钻孔，向采空区收作处补浆，包裹煤体，形成泥浆带，分段隔离采空区。减少老塘漏风，能够有效地控制采空区大面积着火。

4、存在问题与建议

(1)悬移支架单体液压支柱采用单路管子，支柱卸压时乳化液无法回收，至使成本较高。建议悬移支架采用双路管子供、回液，吨煤成本会大幅度降低。

(2)悬移支架安装与拆除难度较大，费工费时，影响工作面单产。建议工作面布置时要尽量加大回采走向长度，减少工作面搬家次数，进一步提高工作面单产。

参考文献：
[1] 王立才等编著．《悬移支架放顶煤在大倾角大煤厚条件下的应用》．山东：《煤矿现代化》，2001.1
[2] 冯振忠编著．《大倾角液压支架设计要点及应用注意事项》．北京：《煤炭工程》，2007.2

二. 适用范围
地质条件相对稳定，煤层倾角应≤16°，当16°~30°时采用防滑措施。炮采一次采全高，炮采放顶煤体顶梁组合支架与传统的分体悬移支架区别有如下优点:
放顶煤不用铺网：
由于支架的顶梁全部连为一提，其对顶梁掩护90%，与综采支架 相同，所以，放顶煤不用铺网。(金属丝网按4元/T煤计算，年产 20万吨就可节约资金80万元，按3万元/架计算50米的工作面支架 投资150万元，出38万吨煤就可收回支架投资。)
三.经济效益比较
整体悬移顶梁炮采液压支架
放顶煤采煤法采6米厚煤的经济数据
工作面长（米） 50米 支架50架,支架投资（万元） 150万元
每班生产量 50×6×0.8×1.3×70%=220吨 保守计算：回收55%顶煤,三班生产时的日产量 220×3=660吨,按300天生产年产量 660×300=20万吨,三班共用人员 54人（每班支架工8人） 每班共18人包括队长、装卸工及杂工等,
每年节约金属网资金 4元/吨×20万吨=80万吨 注：出38万吨时与购支架款抵销