康 冰，危凱慶，胥加強(qiáng)

（1.宜豐縣棠浦 第六煤礦，江西 宜豐3363004；2.江西棠浦煤業(yè)有限公司，江西 宜豐3363004）

1 礦區(qū)煤層特征及開采存在的問題

1.1 特征

礦區(qū)位于棠浦二井田（6勘探線至10勘探線之間）內(nèi)，主要包括棠浦第二煤礦、王家煤礦、棠浦第六煤礦。礦區(qū)含煤地層為三疊系上統(tǒng)安源組，共有3＃、4＃、5＃、7＃、9＃、10＃、11＃等7層可采煤層?？刹蓛?chǔ)量為196.3萬噸。主要開采3＃、4＃、5＃、9＃、11＃煤層，為低～中灰、高熱值、高揮發(fā)分、特低硫、特低磷氣煤（QM－45）。各煤層瓦斯含量低、二氧化碳含量高；煤塵具有爆炸性，煤層自燃傾向性屬Ⅱ類，發(fā)火期1～6個(gè)月，硬度系數(shù)f＝1.5～2，有夾矸，容重1.35t／m3；煤層平均傾角大于60°。煤層底板為灰黑色粉砂巖、巖性堅(jiān)硬，膠結(jié)緊密，并充填少量泥巖，頂板為砂質(zhì)頁巖及泥巖互層，水平層理、節(jié)理均較發(fā)育。

1.2 煤層開采中存在的問題

（1）煤層自燃傾向性屬Ⅱ類，發(fā)火期短，工作面易發(fā)生CO超限及火災(zāi)事故，嚴(yán)重影響礦井采掘正常接替。

（2）煤層傾角大，而且煤層薄，給采煤方法改革帶來困難。（3）礦井采用木支護(hù)等非正規(guī)采煤方法開采，成本高，隱患多。

（4）礦井開采過程中，出現(xiàn)過數(shù)10次的明火及一氧化碳超限等現(xiàn)象。2006年4月，棠浦第六煤礦在－220m水平回采5＃煤時(shí)，由于－190m水平回風(fēng)巷著火，逼迫停產(chǎn)密閉。2008年至2012年間，第六煤礦在－160m水平回采5＃煤、－280m水平11＃煤，第二煤礦在－200m水平回采4＃、11＃煤，王家煤礦在－260m水平回采3＃、9＃煤采用木支護(hù)采煤，回采工作面因CO超限或著火被迫停產(chǎn)封閉。其原因?yàn)椋孩?煤層本身具有自燃傾向性；② 巷道布置不合理；③ 工作面推進(jìn)速度慢；④ 巷道斷面設(shè)計(jì)不規(guī)范，通風(fēng)阻力大；⑤ 采煤方法選擇不正確，采空區(qū)處理不及時(shí)；⑥ 防火措施未到位。

（5）無奈之下，采用以掘代采，維持近一年礦井生產(chǎn)。為了解決這一矛盾，第六煤礦工程技術(shù)人員，轉(zhuǎn)變觀念，認(rèn)真總結(jié)教訓(xùn)，研究探索，并向江西棠浦煤業(yè)有限公司技術(shù)部尋求解決方案。對－280m水平9＃煤層柔性掩護(hù)支架采煤工作面防滅火進(jìn)行實(shí)踐探索，改進(jìn)了采煤方法，取得了一定成效。

2 柔性掩護(hù)支架采煤法的應(yīng)用

2.1 選擇依椐

（1）煤層傾角。煤層傾角變化直接影響采煤工作面落煤方法、采場支護(hù)和采空區(qū)處理等，還影響巷道布置、通風(fēng)及采煤方法各種參數(shù)確定。礦區(qū)煤層平均傾角大于60°。

（2）煤層厚度。煤層厚度直接影響采煤方法及采空區(qū)處理，特別易自燃煤層更要考慮采空區(qū)處理辦法。礦區(qū)煤厚平均1.6～2.2m。

（3）煤層及圍巖特征。煤層結(jié)構(gòu)特征及圍巖穩(wěn)定性等也直接影響采煤工藝及采區(qū)各種參數(shù)的確定。5＃、9＃、10＃、11＃煤層結(jié)構(gòu)單一性，圍巖較穩(wěn)定。

（4）煤層地質(zhì)構(gòu)造特性。埋藏條件與煤層穩(wěn)定性是選擇綜采與普采首要條件。全面掌握開采范圍內(nèi)構(gòu)造有利采煤方法確定。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造為單斜構(gòu)造，5＃、9＃、10＃、11＃煤層較穩(wěn)定。

（5）煤層自燃性及瓦斯涌出量情況。煤層自燃及發(fā)火期直接影響巷道布置、巷道維護(hù)及采煤工作面推進(jìn)方向。礦區(qū)屬瓦斯礦井，經(jīng)鑒定，煤塵具有爆炸性，煤層自燃傾向性屬Ⅱ類，發(fā)火期短。

（6）技術(shù)裝備水平、管理水平及從業(yè)人員素質(zhì)等。

2.2 實(shí)踐與應(yīng)用

根據(jù)煤層的特點(diǎn)及地質(zhì)情況，煤層傾角大于60°，煤層賦存穩(wěn)定，沒有斷層影響，選用金屬柔性掩護(hù)支架采煤法最優(yōu)。

（1）巷道布置。－280m水平集中運(yùn)輸巷及 －250m水平集中回風(fēng)巷均布置在煤層底板，離煤層約12m，通過上、下石門甩道穿煤，東、西兩翼開采，走向各布置200m，實(shí)行前進(jìn)式開拓，后退式回采。目前回采工作面位于－280m水平一號石門東翼9＃煤層，其標(biāo)高位于－252m～－278m；隨著工作面推進(jìn)，在下部運(yùn)輸巷每隔10m開一組偽傾斜上山，與采區(qū)順槽貫通，在采區(qū)順槽邊界沿煤層按偽傾斜25°坡度，掘斷面為4.2m2的梯形上山，與回風(fēng)巷（與上水平留設(shè)標(biāo)高8m防火煤柱）貫通，形成采區(qū)正規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)。工作面采用短壁切眼斜長30m，安裝掩護(hù)支架用。采區(qū)平均煤厚1.8m，可采儲(chǔ)量15100t，工作面服務(wù)年限5個(gè)月，工作面配風(fēng)量285m3／min，工作面布置見圖1。

圖1 棠浦第六煤礦工作面布置及剖面示意

（2）采區(qū)參數(shù)設(shè)定。根椐礦區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)、礦井技術(shù)力量及管理水平選擇：采區(qū)采用雙翼布置，以石門為中心，一翼走向布置200m，斜長30m；各區(qū)段之間留有8m煤柱，避免臺階工作面串聯(lián)通風(fēng)。堅(jiān)持自上而下開采順序。用金屬柔性掩護(hù)支架采煤法，采用U型通風(fēng)方式，每月回采3000t；工作面控制服務(wù)年限在5個(gè)月內(nèi)。計(jì)劃在發(fā)火周期內(nèi)采完，控制煤層自燃。

（3）支護(hù)方式選擇及支架規(guī)格（見圖2）。

圖2 柔性掩護(hù)支架示意

① 采用11＃礦工鋼制作成四邊型柔性掩護(hù)支架。

② 最大高度為1.8m，最大寬度為2m，支承壓力30～40kN。

③20.5mm鋼絲繩聯(lián)接。每邊都鉆有U型卡的2個(gè)孔，用Φ14mm的“U”長桿螺栓栓緊，使鋼絲繩與鋼梁形成整體，其長度必須大于工作面的長度，頂壁長0.48m，中臂長0.56m，長臂長1.16m，底臂長0.41m（見圖2）。

④ 采用外注式單體液壓支柱調(diào)整支架，間距2m／根。

（4）回采工藝。回采工藝分為準(zhǔn)備回采（初次放架）、正?；夭桑ㄕ７偶埽?、收尾（結(jié)束下放）3個(gè)階段。

準(zhǔn)備回采是在回風(fēng)平巷內(nèi)安裝掩護(hù)支架，并逐步下放支架使工作面成偽傾斜工作面，為正常回采做準(zhǔn)備。正常回采是在支架鋪好后在支架下采煤，支架的下放步距，主要取決于架子的寬度，一般情況下，一次下放步距0.6～1.0m，沿走向推進(jìn)1.2～2.0m ，工作面由下而上逐段鋪設(shè)搪瓷溜槽下煤，為保證支架下放質(zhì)量和支架的完好，盡可能實(shí)行全工作面一次爆破。當(dāng)煤質(zhì)松軟，工作面較長時(shí)，實(shí)行全工作面一次爆破，容易發(fā)生松散煤堵塞斷面造成風(fēng)流不暢，此時(shí)應(yīng)采用分段打眼放炮出煤，每段長約15～20m。在生產(chǎn)過程中，如遇有斷層，支架懸空，串矸等情況，必須及時(shí)處理。若發(fā)生支架沿走向彎曲、歪斜或其角度超過作業(yè)規(guī)程規(guī)定時(shí)，在下一次放架過程中，必須進(jìn)行調(diào)整，支架上的螺絲和附件應(yīng)經(jīng)常檢查，如有松動(dòng)須及時(shí)擰緊。掩護(hù)支架接近順槽（平巷）時(shí)，應(yīng)在縮短每次下放支架距離的同時(shí)，減少同時(shí)放炮的炮眼數(shù)目和裝藥量。掩護(hù)支架過順槽時(shí)，溜煤眼和順槽的連接處應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。

隨著工作面向前推進(jìn)，前方在回風(fēng)巷內(nèi)要不斷地安裝接長架子，而在后方放成水平狀態(tài)（在下部小順槽內(nèi)）的架尾，則要及時(shí)進(jìn)行回收。當(dāng)工作面上部接近采區(qū)收尾上山時(shí)，應(yīng)預(yù)先在工作面收尾邊界線一側(cè)掘一對收尾上山眼，然后加大工作面上部的下放步距，縮小工作面下部的進(jìn)尺，從而逐漸縮小工作面的長度。

當(dāng)工作面放平后回收架尾時(shí)，要先將斷面兩幫擴(kuò)大，用點(diǎn)柱支撐住鋼梁，而后卸下鋼絲繩，取下鋼梁，經(jīng)小眼送至運(yùn)輸平巷后，運(yùn)到回風(fēng)巷以備繼續(xù)使用，拆架的地點(diǎn)到下拐點(diǎn)之間，應(yīng)保持3個(gè)小眼的距離，以供溜煤、行人、通風(fēng)和運(yùn)料，其余的小眼采后應(yīng)及時(shí)封閉。

（5）采空區(qū)防火處理

①礦井開采準(zhǔn)備期內(nèi)必須構(gòu)建完整的灌漿系統(tǒng)。棠浦煤礦回風(fēng)側(cè)建立的井下三相阻化泡沫防滅火系統(tǒng)，把黃泥漿和高效化學(xué)阻化劑結(jié)合在一起，產(chǎn)生出高性能的三相阻化泡沫，最大地發(fā)揮了三者防滅火優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)每小時(shí)能將約100m3以上的泥漿泡沫注入防滅火區(qū)域，通過覆蓋阻化浮煤，充填采空區(qū)，封堵漏風(fēng)，已在棠浦煤礦取得了顯著成果。

②以風(fēng)控火工作面采取U型通風(fēng)方式，必須保證巷道斷面不縮小，通風(fēng)暢通，合理分配工作面風(fēng)量，調(diào)節(jié)工作面壓差，嚴(yán)格控制工作面尾部漏風(fēng)，阻止空氣流入和滲透至疏松的煤體，消除自燃的供氧條件。

③ 及時(shí)封閉采空區(qū)。采后及時(shí)封閉，建立防火密閉，減少采空區(qū)漏風(fēng)。停工期間，在總進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行永久密閉，恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)按措施重新啟封。

④減少采空區(qū)遺煤和支架背上漏風(fēng)。在保證安全情況下縮小上下區(qū)段間的隔離煤柱高度，并保證工作面安裝完成后及時(shí)清理巷道內(nèi)的浮煤，同時(shí)在回采期間定期將架子上的頂煤全部放下來。這樣既減少了煤炭的損失量，提高了回采率，又減少了采空區(qū)遺煤，特別是支架背上的墊層煤。

工作面擺架子時(shí)，在架背上鋪一層膠皮風(fēng)筒布，并用木板條在支架的間隙處將風(fēng)筒壓好，在風(fēng)筒布上再鋪一層均勻的黃泥。架子下放后，黃泥與風(fēng)筒布形成了一個(gè)再生頂板，支架背向采空區(qū)的漏風(fēng)大大減少。

⑤ 保證回采進(jìn)度。在數(shù)量上限制在不燃風(fēng)量之下，在時(shí)間上控制在自然發(fā)火期以內(nèi)。只有破壞蓄熱環(huán)境和縮短浮煤氧化的時(shí)間，使采空區(qū)的“氧化帶”在最短的時(shí)間內(nèi)變成“窒息帶”，最直接的方法是提高工作面的推采速度。根據(jù)近幾年來自然發(fā)火地點(diǎn)、次數(shù)與回采進(jìn)度的統(tǒng)計(jì)分析得知，工作面月推進(jìn)度應(yīng)不少于35m，采空區(qū)即不會(huì)有明顯自燃征兆出現(xiàn)。因此，為了保證安全生產(chǎn)，應(yīng)保證工作面的正常推進(jìn)度，嚴(yán)格控制工作面停采時(shí)間。

⑥ 采用全部垮落法管理頂板。要及時(shí)充實(shí)采空區(qū)，特別對上、下隅角頂板更應(yīng)強(qiáng)行放齊放透，避免形成較大空洞，減少采空區(qū)局部漏風(fēng)。

⑦ 強(qiáng)化管理，加強(qiáng)檢測。在工作面、回風(fēng)巷及密閉處安裝CO、CH4、溫度傳感器，實(shí)行24h監(jiān)控。每班瓦檢員對各處必須重點(diǎn)檢測，專項(xiàng)匯報(bào)，并建立臺帳，定期分析。

3 推廣

通過近5個(gè)月正?；夭桑ぷ髅孀呦蛲七M(jìn)200m，生產(chǎn)原煤16kt，現(xiàn)已安全收架。

1）柔性掩護(hù)支架采煤方法具有巷道布置簡單、生產(chǎn)成本較低、安全保障度高等優(yōu)點(diǎn)。隨著煤炭開采技術(shù)水平的不斷提高，在條件適宜的情況下，在自燃煤層中應(yīng)積極推廣應(yīng)用柔性掩護(hù)支架采煤方法。

2）柔性掩護(hù)支架采煤方法用柔性掩護(hù)支架隔離采空區(qū)和回采空間，工作人員在掩護(hù)支架的保護(hù)下進(jìn)行采煤工作，提高了支架的整體性和穩(wěn)定性，有利于控制采區(qū)頂板事故發(fā)生。

3）可減緩工作面回采坡度，一次采全高，煤炭采出率高，采空區(qū)不易丟煤，可防止煤炭自然發(fā)火。

4）為了減少工作面支架安裝、拆架次數(shù)，減少勞動(dòng)強(qiáng)度和材料消耗，可改進(jìn)巷道布置。在發(fā)火期內(nèi)，適當(dāng)增加區(qū)段高度或加長工作面長度，用偽傾斜上山或溜煤眼把工作面分成2個(gè)或3個(gè)區(qū)段，減少區(qū)段間煤柱，提高采區(qū)采出率。

5）對采空區(qū)實(shí)行三相阻化泡沬滅火新技術(shù)，不僅可以阻止煤層自燃，而且有效降低工作面溫度和粉塵濃度，改善工作面作業(yè)環(huán)境。