浅析工作面大倾角仰采段安全开采技术及其应用
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【摘要】本文结合某矿43207工作面部分区域倾角明显增加的现状，探讨了矿压显现特点、支架一围岩关系等问题。结果可知：仰采过程中，顶板一方面会受到自重的影响，另一方面，向采空区分力有所提高，导致顶板岩层受拉力影响，使得煤壁片帮与压出增多，所以应当采用优质的液压支架。仰采之前，首先要适当调斜工作面，设置相应的支架加固装置，超前移架，将中部槽垫高，以中部进刀方式采煤，切实强化端头支护等诸多方法与手段，能够确保仰采段生产的安全。
【关键词】局部仰采 基本情况 大倾角 开采技术 措施
当前，综合开采技术的应用日益普及，特别是现在国产综采设备技术也取得很大进步，优势也比较明显，不仅回采工效高，而且采出率也高。然而，具体的开采中，当煤层倾角突然增加时，矿压将会出现许多新的特征，使得煤壁片帮压出的概率有所提高，最终导致综采设备无法顺利推进，顶板管理难度有所增加等诸多难题。现阶段，国内相关专家对此也进行了研究，通过分析支架一围岩之间的关系，针对液压支架的性能进行了新的设计，完善了开采工艺，使得防片帮策略更明确，保证了仰斜开采技术更成熟。本文主要以某矿仰斜段开采为具体案例，细致地研究了矿业特点，同时提出科学合理地应对措施，以有效避免顶板断裂、片帮等问题，并对生产工艺进行改进，编制了科学合理地安防方法，为煤矿生产安全进行提供坚实的保障。
一、工作面基本情况
该矿43207综采工作面走向长度988米，倾角处于6.9°-14.8°范围内，倾斜长度是129米;煤层厚度处于1.69-5.18米范围内，可采储量大小是51.96万吨。43207面地面标高处于1498-1547米范围内，煤层标高处于1069.6-1209.3米范围内，埋深处于311.7-480.1米。43207面顺槽在549-648米区段倾角突然增加至15.8°-24.1°，所以，在这一个区域开采过程中必须选择仰采技术。
二、仰采矿压特点与“支架一围岩”关系
深入研究可知，仰采过程中，顶板由于受到自重的影响，将沿着采空区方向形成一个分力，使得顶板岩体移向采空区。这样就会令顶板有可能会断裂，且使得破碎加剧，煤壁的水平位移有所增加，煤壁片帮和压出现象明显增多，导致支架逐渐推向采空区。尽管煤层倾角会降低顶板法线应力，然而，因煤层水平位移量有所增加，使得顶板初始下沉以及端面距增加，最终影响到顶板的稳定性，工作面维护条件变坏。
按照以上特征，43207面在仰采过程中，采空区顶板垮落后，矸石会逐渐涌向该区域。所以，必须采用科学合理地技术方法，以确保生产安全，首先，应采用性能较好的支撑式液压支架，另外，为避免支架往采空区倾斜，支柱需向煤壁倾斜大约60，在此基础上，还需要安装上复位千斤顶，确保支柱和煤壁之间的位置保持正确;其次，布置43207面过程中倾斜长度切忌太大，要不然煤壁片帮问题将会产生许多煤，令输送机启动难度增加，所以，需要将护帮板安装到液压支架上，移架以后尽快将其打开;再次，对于移架困难问题，倾角相对较大时，需要选择临时措施，例如多次移架、小移量等，最好是采用大拉力推移千斤顶的液压支架，适当提高掩护梁坡度，通过这种方法确保托梁受力逐渐向底座倾斜，为支架提供方便，使其顺利工作，更加稳定，为移架提供有利条件。
三、仰采面临的问题
该矿43207工作面在549-648米范围内为仰采，开采过程中存在下列几个问题：
（一）围岩控制
首先，顶板管理工作变得更加困难。随着开采的不断推进，顶板由于受到自身重力的影响，将会形成一个向采空区的分力，使得顶板岩层受到拉力，非常易于断裂，同时，伴随仰采角度的提高，矿压显现问题愈发加剧，最终会影响到整个支架，导致其受压增加，甚至还会使其损坏。
其次，煤壁易片帮。割煤以后，煤壁將会产生一个俯角（向采空区倾斜），由于受到自重的影响，煤壁非常容易发生片帮，煤块抛至控顶区中，这样不但使得清理浮煤的任务加重，而且还制约着通风、劳动人员的安全。
（二）设备运行
第一，推移支架的过程中，由于向采空区水平位移量有所增加，使其推向煤壁的难度增加;第二，割煤过程中，煤块非常容易抛至控顶区中，这样会对设备机械以及劳工的安全产生负面作用;第三，伴随仰采角度的提高，每推进一个步距，刮板输送机的里、外沿将产生一个落差（大约15-30厘米），使得后期施工必须要将其外沿垫高，导致工作量有所增加;第四，随着倾角的增加，巷道坡度将会不断增大，由此造成运输巷道中的列车前移、固定及安防难度增大。
四、开采解决措施
（一）科学配置设备
首先，为平整铺设刮板输送机，间隔五个液压支架布置一组起吊滑轮，通过这种方式将输送机外沿抬高，这样既能够改进施工工艺，还可以充分确保起吊溜槽的安全性与效率;其次，按照“支架一围岩”关系，在43207面引入了支撑掩护式液压支架（ZF13000/23/36），这样就精简了对立柱缩节拔节的工序，对于加强顶板管理非常有帮助。此外，其中增设调架、抬底千斤顶，满足了调整支架及大倾角仰采的护帮要求。不仅如此，为避免倒架、下滑等问题，还需要安装相应的防倒滑设置，每隔10台支架安装一组。
（二）改善采煤工艺
第一，施工工艺。从前的工序为：割煤一移架一移输送机，调换前两个步骤的次序，通过掏梁窝，实现超前移架，不留端面距，最终能够实现对机道顶板的控制;第二，进刀方式。过去采用两端头斜切进刀的方式，后期变成从中部进刀，每一个工种平行作业，为清理架间浮煤、起吊输送机垫高溜槽创造良好的条件;第三，劳动组织。从过去的追机作业变成分段作业，切实保证“三固定”，以确保生产效率与安全。
（三）制定开采方案
首先，工作面调斜。施工至仰采区域之前，采煤机在将调斜以前的最后一刀煤割完时，旋转中心端停移输送机，另一端则移够一个截深，在此基础上，把输送机调成一条直线，接着进行割煤作业，不断调斜工作面，确保机头超前机尾距离处于15-17米范围内，以此来降低仰采角度。 其次，回采工艺。第一，液压支架移支。掏好梁窝以后，移架人员通过带压擦顶的方式尽快移动支架，需要注意的是，应当逐架移动，采用邻架操作，防止由于片帮问题而对职工安全产生负面作用。移完各个支架以后，一定要接着将其升起，确保完全接顶，在满足相应的初撑力要求以后才能够继续移动;第二，割煤。施工之前，首先要把支架前柱降低，将输送机链条两端分别挂在其前柱梁的起吊环、输送机排轨，在此基础上，将其前柱升起，抬高输送机靠采空区侧一端，并垫上道木，使其倾斜角度低于7°，将支架前柱梁放下，然后将链子松开，接着将支架升起，直至完全接顶，确保初撑力满足既定要求。应从工作面头部向尾部逐架进行调整。调整工作结束以后，适当对滑靴进行调整，确保采煤机处于水平状态，接着启动机械进行割煤，采煤机驾驶员务必要立于架间进行操作;第三，推移输送机。割煤工作结束、底煤清理完毕以后，按循序进行推移。
再次，其它工序。第一，超前及端头支护。为确保支护强度与稳定性，其中使用的所有的单体支柱，其底座要预刨柱窝，根据煤层倾角的1/6支设支柱迎山角度，支柱初撑力必须保持在90kN以上。切实强化支柱防滑倒管理，柱间使用硬连接，柱帽的上面焊上螺丝帽，然后使用链条连着单体柱，在此基础上，与顶板上的金属网片牢牢相连;第二，设备列车前移。将其移至仰采区域，把它直接移动到斜坡上方倾角在13°以下的区域，通过卡轨器把它固定，然后还应当布置相应的防跑车装置，按照相关职工负责相应的检查工作。
（四）安全技术措施
第一，推进时，必须要将循环推进度控制好，充分确保液压支架缓慢向前移动。移架过程中煤壁侧保证不要有人，避免煤块滚下来造成人员伤亡。
第二，尽快将机道内及架间浮煤清理掉，降低移动时的水平阻力，使推移工作顺利进行。
第三，为解决煤壁片帮问题，需要选择以下对策：首先，調整为邻架操作，避免由于煤壁片问题而对人员的安全产生影响;其次，采煤机驾驶员要通过遥控器进行远程操作，且随时观察煤壁、顶板动态变化，在推过采煤机以后，立即将输送机向前移动;再次，职工在煤壁侧掏梁窝过程中，要按照敲帮问顶制度进行。
第四，定期检修支架，确保其支护稳固。
第五，确保安全出口畅通，尽快在两顺槽巷道与两端头安全出口清挖台阶，各班安排相应的人员尽快清理，防止由于底板光滑或陡坡而造成人员伤害。
第六，各项作业施工过程中应当统一行动。用到的各种安全设施应当预先进行严格的检查。
第七，安排专门的人员负责送电及操作电器设备，所有电气设备不能存在失爆问题，在此基础上，还应当保护好各类设备。此外，还应当认真管理好液压系统。
五、结束语
该矿通过采用科学合理的开采技术，满足了调整支架及大倾角仰采的护帮、护顶要求，并且还改善了施工工艺、编制了科学合理的开采方案，还选择科学合理的安防方法，实现了大倾角仰采的安全进行，值得在其它煤矿推广。
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