支撑掩护式低位放顶煤支架在白坪矿的应用与研究

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【摘 要】本文介绍了四柱支撑掩护式低位放顶煤支架在登封煤田“三软”不稳定煤层的应用；并对比中位放顶煤支架，分析了低位支架在“三软”不稳定煤层的适用情况，在支架稳定性、围岩控制、安全性、生产效率等方面有明显的优势；最后总结了白坪矿使用低位放顶煤支架回采工艺所取得的效益。

【关键词】支撑掩护式；低位放顶煤支架；“三软”煤层；回采工艺；应用；研究

0 前言

白坪煤业公司井田位于登封煤田颖阳～芦店向斜的南翼东段，主要回采二1煤层，属于典型的“三软”煤层，由于受多期不同形式区域构造的影响，导致二1煤层顶、底板不协调褶曲，煤厚局部突变，地质构造复杂。公司一直采用质量轻，底座大的支撑掩护式中位放顶煤支架回采，但中位放顶煤支架因其操作复杂、人力投入多，劳动强度大，回收率低，产能低等缺点，成为制约公司发展的一大阻力。

低位放顶煤与中位放顶煤相比，有许多优越性，例如，受力合理，有效降低煤墙受力并减少支架前端钻底；放煤能力大，提高回采率，生产效率提高；后部运输机不再受底槽煤和移架影响而人工清落，减轻工人强度。因此引进低位放顶综采技术，研究低位放顶煤支架在“三软”不稳定煤层的适用性，对“三软”煤层的综采技术发展具有借鉴意义。

1 概况

13091工作面于白坪滑动构造区东南边缘，为13采区首采工作面，走向长1354m，倾斜长160m，倾角6～25°，平均倾角10°，受滑动构造影响，二1煤层与围岩接触关系发生变化，致使其顶、底板产生小型不协调褶曲，煤层厚度局部突变，煤层原生结构遭到破坏，形成构造煤，薄则不可采，厚则可达平均煤厚的数倍以上，煤层具有突变、骤变的特征，煤层厚度0.4～11m，平均厚度4.4m。

工作面采用综合机械化低位放顶煤采煤工艺。工作面支护使用ZF6400/19/32型液压中间支架和ZFG6400/21/32型过渡支架，采煤机MG300/700-QWD，前后部运输机SGZ-800/800。

根据煤层底板情况和煤层厚度，硬度及需要的支护强度，选择ZF6400/19/32型液压支架，过渡支架选用ZFG6400/21/32型。详见支架参数对照表。

表1 支架参数对照表

2 低位放顶煤回采工艺优点

2.1 围岩控制方面

2.1.1 支架结构合理，稳定性强

对比中位放顶煤，低位放顶煤支架底座出现陷底的几率很小，分析原因是支架底座位于全部控顶面积的中心，受力均匀，稳定性强，对煤层底板比压合理，不会出现底座陷底现象。而中位放顶煤支架结构类似“刀”形，后部掩护梁短并且承受的顶板压力小，造成底座前部受力远大于底座后部，底座前部底板比压增大，陷底严重。

2.1.2 支架工作阻力大，有利于煤壁管理

ZF6400/19/32低位放顶煤中间架和过渡支架工作阻力6400KN，ZFT26000/18/35端头架工作阻力达到26000KN，远大于我矿之前用的中位放顶煤3600KN的工作阻力，对顶板的支承能力强，能够有效控制顶板，减轻顶板对煤壁的压力，减少煤墙片帮冒顶几率。经统计与中位支架使用相比较，片帮与冒顶几率降低80%以上。

2.1.3 放煤口靠后，控顶距大

低位放顶煤支架放煤口与煤壁距离比中位放顶煤长1.5m，支架控顶距大，直接顶断裂跨落位置距煤壁远，对煤壁的影响和破坏小，增加低位放顶煤支架对煤壁的保护能力。

2.1.4 护帮板防治煤壁片帮及超前冒落效果好

伸缩梁前端铰接护帮板，在180°范围内摆动。首先在采煤机割煤后，及时落下护帮板，保护煤壁，有效减少顶梁端头及上部煤壁的片帮及顶板冒落；其次，在已出现顶梁前端冒落情况时，护帮板翻转180°，能及时阻止顶板继续冒落，之后再采取超前拉架或人工支护，降低冒顶造成的影响，提高人工支护安全系数。

2.2 安全方面

2.2.1 支架操作空间及行人通道安全

中位放顶煤支架操作和行人均在架前进行操作，煤墙易片帮和滚落碴石。工作面上、下端头处需做安全出口，进出工作面时要经安全出口跨过前部运输机，存在一定安全隐患。

低位放顶煤支架前后立柱中间设有行人通道，行人和操作支架均在行人通道内，距离煤壁远，并有护帮板与立柱的保护，同时解决了上、下端头安全出口问题，直接由行人通道进入上、下顺槽，作业环境安全系数高。

2.2.2 通风断面大，降低通风阻力

中位放顶煤支架最大支撑高度2.8m，低位放顶煤支架最大支撑高度可达3.2m，工作面通风断面比中位支架大30%左右，降低了工作面风阻。

2.2.3 防尘效果好

中位放顶煤支架放煤窗口距底板高度1.1m，放煤时扬尘点高，煤尘大，且支架通风断面小，工作面通风阻力大，风速高不利于瓦斯治理。

低位放顶煤支架放煤窗口靠近底板，放煤时扬尘点低，煤尘小；支架最大支撑高度达到3.2m，工作面有效通风断面比中位放顶煤支架大30%左右。降低风阻，减缓工作面风速，有力于煤尘治理。

2.2.4 有利于水害防治

低位放顶煤支架回收率高，顶煤容易放净，便于后部形成流水通道，工作面出水时有利于老塘水排出。

2.3 回采工艺方面

2.3.1 支架操作方便，拉移速度快

中位放顶煤支架抬底座油缸为相邻两架共用，拉架前要先替换抬底座千斤顶，拉架时需两人配合，一人负责倒换抬底座油缸，一人负责拉架。同时由于拉架千斤顶工作阻力小，拉架速度慢，平均拉移一架需3分钟。

低位放顶煤支架抬底座油缸设置在支架底座上，省去替换抬底座千斤顶时间。操作拉架只需一人，且拉架千斤顶缸径大，支架移动速度快，平均拉移一架不到一分钟，每架减少拉架时间至少2分钟，工作面正常回采期间可做到追机拉架作业。

2.3.2 降低职工劳动强度，增加生产时间

中位放顶煤工艺每班需投入20人进行落后部运输机和煤墙支护工作。

低位放顶煤支架后部运输机直接安置在老塘侧底板上，不需要落后部，且低位支架支撑能力强，能够减轻顶板对煤壁的压力，减少煤墙片帮几率。正常回采期间基本杜绝人工支护，大幅降低了工人劳动强度，减少了人员投入及材料消耗，增加了生产时间。

3 低位放顶煤工艺取得的成效

低位放顶煤液压支架在白坪煤业公司13091工作面三个月的使用，证明了低位放顶煤支架能够适应三软煤层地质条件，并且发挥了支架结构合理、对围岩支护情况好、支架操作方便、回采速度快、回采工艺机械化程度高等优点。而且有利于通风、瓦斯管理与水害防治。低位放顶煤支架的投入使用，大幅度提高了13091工作面单产、减少了人员投入、降低了吨煤成本，并且降低了工人劳动强度，取得了良好的经济效益。

3.1 减人提效

13091低位放顶煤工作面切巷长160m，分7个口作业，相比同切巷长度中位放顶煤工作面，每天可减少人员出勤35人。

3.2 提高煤炭回收率

中位支架放煤口在掩护梁上，放煤口以下距底板1.1m高度的煤无法放出来。低位放顶煤支架放煤口布置在支架尾梁和底板之间，从而避免了以上缺点。通过248m回采，测算回收率达到95%以上，回采率较中位放顶煤工艺能够提高10%以上。按照13091工作面可采储量156万吨计算，可多采原煤15.6万吨。

3.3 降低材料消耗

低位放顶煤支架能有效防止支架端头煤壁的片帮及超前冒落，正常回采期间基本杜绝人工支护，与中位放顶煤工艺相比，工作面支护材料消耗可降低70%以上。

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