摘 要：針對(duì)紅會(huì)四礦綜放工作面開采條件的特殊復(fù)雜性和改善、提高工作面生產(chǎn)狀況的緊迫性，經(jīng)過井下現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，分析影響大坡度仰（俯）采綜放面安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，提出了有效的防治對(duì)策，現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐取得了顯著的效果，為類似條件煤層的安全高效開采提供了有益的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)推進(jìn)復(fù)雜難采煤層的安全高效開采技術(shù)發(fā)展具有重要意義。
關(guān)鍵詞：大坡度；仰斜綜放開采；關(guān)鍵技術(shù)
中圖分類號(hào)：TD528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Up a steep slant on top of the integrated mining for coal mining key technology research
WANG Lin
(Jingyuan Coal Industry. Project survey and design Co.Ltd，Gansu Baiyin 730913,China)
Abstract: Aim at Honghui the fourth mineral mining on top of the integrated mining for coal face of special complexity and improve or increase the face of the situation of production Urgency, the monitoring and analysis of the impact threw down a steep gather on top of the integrated mining for coal the efficient production safety of the key to effective prevention policy and practice of engineering has achieved remarkable results in similar conditions of efficient mining coal seams intermixed security has provided useful experience and to promote the safety are complex and difficult to develop efficient mining technology is significant.
Key words: Steep；Up slant on top of the integrated mining for coal mining；Key technology
0 前言
靖遠(yuǎn)煤業(yè)集團(tuán)公司紅會(huì)四礦于1975年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.60Mt/a，斜井開拓，開采特厚煤層。近幾年位于+1510水平七采區(qū)的4708綜放工作面，由于開采塊段煤層走向、傾角、地質(zhì)構(gòu)造等客觀條件和塊段四周采空區(qū)的制約，只能采用傾斜長(zhǎng)壁布置，受褶曲和斷層影響，工作面推進(jìn)范圍內(nèi)仰采坡度達(dá)到30°以上，局部達(dá)到+41°。如何合理有效解決出現(xiàn)的嚴(yán)重煤壁片幫、冒頂難題，有效控制支架圍巖系統(tǒng)，解決工作面防滅火問題，是大坡度仰俯采綜放工作面開采能否安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)問題。
1 大坡度仰斜綜放開采中主要問題
大坡度推采是引起大坡度仰-俯斜綜放工作面開采中所有問題的基本根源，特別是大坡度仰采時(shí)工作面支架圍巖系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)以下問題：
（1）基本頂斷裂回轉(zhuǎn)以及由此引起的直接頂?shù)臄嗔严禄晚斆旱钠扑槊奥?，使工作面的頂板處于難控狀態(tài)；尤其當(dāng)斷裂位于工作面煤壁上方附近時(shí)，由于處于高位處的基本頂可以形成自身平衡結(jié)構(gòu)，因而直接頂和頂煤的穩(wěn)定性控制是大坡度仰采綜放工作面頂板管理的重要內(nèi)容。
（2）煤巖體自重沿層理方向的切向分力隨傾角增大而迅速增加，致使煤壁內(nèi)指向采空區(qū)的切向拉應(yīng)力值及其拉應(yīng)力深度加大，從而將能引發(fā)煤壁發(fā)生嚴(yán)重片幫。煤壁嚴(yán)重片幫又將會(huì)引發(fā)工作面發(fā)生冒頂。因而治理煤壁嚴(yán)重片幫是大坡度仰采綜放頂板控制的核心內(nèi)容。
（3）目前配套的綜放生產(chǎn)設(shè)備大部分是按走向長(zhǎng)壁開采技術(shù)而進(jìn)行配套設(shè)計(jì)的，對(duì)大傾角傾斜長(zhǎng)壁綜放開采狀況的適應(yīng)性較差。因此工作面液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等主要設(shè)備使用管理難度大大增大。
（4）大傾角特厚易燃煤層在采用大坡度仰俯采綜放開采時(shí)，工作面推進(jìn)速度相對(duì)較慢，采空區(qū)遺煤相對(duì)增多，這使得采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火的危險(xiǎn)性和危害性都明顯增大，加大了工作面防滅火的難度。
2 大坡度仰斜綜放開采中主要影響因素
（1）工作面仰斜推進(jìn)坡度影響：受地質(zhì)條件變化制約，4708綜放工作面前期為大坡度仰斜開采，后期為俯斜開采。綜合機(jī)械化采煤工作面采用仰（俯）斜開采的基本條件一般認(rèn)為是工作面推進(jìn)坡度在12°以下，在采取一定技術(shù)措施后工作面推進(jìn)坡度可以達(dá)到17°。
支架與煤層底板的摩擦系數(shù)一般為0.35左右，則支架在傾斜底板上的放置時(shí)的自穩(wěn)定（不發(fā)生下滑）的極限角度為17°。因此，當(dāng)工作面仰（俯）斜推進(jìn)坡度大于17°后，工作面的支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等的穩(wěn)定性就會(huì)顯著降低，特備是仰斜推進(jìn)時(shí)，工作面煤壁和端面上的頂煤頂板的自重力沿層面分力迅速增大。煤巖體的抗拉強(qiáng)度大大低于其抗壓強(qiáng)度，由于受較大沿層面分力的張拉作用，這時(shí)煤壁極易失穩(wěn)片幫，端面頂煤頂板中由于很難形成擠壓平衡拱而極易失穩(wěn)垮落。
4708工作面回采前期區(qū)域大部分的仰采坡度大到30°以上，工作面仰采坡度最大達(dá)到+40°以上，這大大超過了公認(rèn)的仰采坡度上限值。
大坡度仰采工作面煤巖體自重及上覆巖層壓力沿煤巖層層面方向的分力F和垂直巖層的法向正壓力Q分別為：
根據(jù)分析計(jì)算，當(dāng)工作面仰采坡度大到37°時(shí)，煤巖體自重沿層面方向的分力就可達(dá)到其自重的0.6倍。煤巖體屬于一種脆性材料，其拉壓強(qiáng)度要遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度，在這樣大的傾向拉力作用下，很容易將已經(jīng)遭受工作面支承壓力破壞作用之后的頂煤沿煤壁附近完全拉斷開，從而造成頂煤完全破碎，甚至切頂，并使支架上的已破裂煤巖體向采空區(qū)方向滑落的趨勢(shì)加大，從而引發(fā)支架不穩(wěn)。因此，工作面局部仰采坡度太大是4708工作面生產(chǎn)困難的根本原因。
（2）工作面內(nèi)部分區(qū)段破巖石推進(jìn)：在仰采區(qū)段，受斷層和煤層地板起伏影響，曾經(jīng)工作面內(nèi)約40付支架范圍需要破底板巖石、甚至全破巖開采。需破的巖石基本屬于煤層底板巖層。該巖層強(qiáng)度相對(duì)較大，必須采用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)打眼后裝藥爆破破碎。破巖段范圍大，巖石打炮眼速度慢，爆破效果差，垮落下的巖石大塊需二次爆破處理，爆破破巖費(fèi)時(shí)費(fèi)工。爆破巖石還易引發(fā)煤壁片幫和端面冒頂。爆破破巖嚴(yán)重制約著工作面的推進(jìn)速度。
（3）4708工作面與4710—4探巷和一平巷斜交，與4708輔助運(yùn)輸順槽垂直相交。F61斷層落差5.5~7.0m，從工作面機(jī)巷內(nèi)側(cè)斜交穿入。DF8斷層從回風(fēng)巷附近穿過。工作面開采過程需要過空巷、過斷層，這進(jìn)一步加劇了工作面開采難度。
4708工作面開采條件極為復(fù)雜，煤壁片幫和架前冒頂、甚至切頂嚴(yán)重，局部破巖工程量大，這是影響工作面安全生產(chǎn)和高產(chǎn)高效的主要因素，其中仰采坡度大是基本的內(nèi)在因素，研究解決好綜放大坡度仰采關(guān)鍵技術(shù)是4708工作面獲得安全高效的基礎(chǔ)。
3 大坡度仰采綜放工作面頂板控制技術(shù)措施
由大坡度仰斜開采工作面的直接頂?shù)氖芰顩r可知，沿工作面推進(jìn)方向，直接頂在基本頂作用力和自身重力合力的作用下，可以分解給支架的正壓力和向老塘方向下滑力；沿工作面仰斜方向，直接頂在基本頂作用力和自身重合力的作用下，必然會(huì)產(chǎn)生向工作面下方偏老塘方向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，造成工作面直接頂和頂煤穩(wěn)定性降低，頂板難以管理。