（山东能源临矿集团株柏煤矿 山东临沂）
摘要：临沂煤田株柏井田属于全隐藏型井田，具有断裂构造及火成岩发育，煤层稳定性差、地质构造复杂等特点，株柏煤矿根据其煤层急（倾）斜的地质特点，研制并应用了单体柔性掩护支架开采技术，在淘汰落后回采工艺的同时，实现了复杂煤层安全高效开采。
1、背景
株柏煤矿根据其煤层急（倾）斜的地质特点，研制并应用了单体柔性掩护支架开采技术，围绕解决制约急（倾）斜煤层安全高效开采的主要问题。正确利用理论分析、数值模拟和工程实践相结合的方法，系统的研究和分析了急（倾）斜煤层的开采问题，从而形成了一套安全高效的开采技术。
2、工作面支护设计
2920工作面支护形式为单体液压支柱配合柔性掩护支架进行支护。
1、工作面单体液压支柱强度计算
单体液压支柱采用DW18-300/100χ型。由于工作面压力主要通过支架的上下肢传递给煤壁，单体液压支柱起到调整支架作用，计算时以调整支架最大受力时分析。
以工作面直接顶载荷的倍数估算基本顶的载荷：
P=N×∑hγ
式中 p——直接顶及老顶来压时的支护强度，KN/m2
N—基本顶来压与平时来压强度的比值，称增载系数。基本顶来压时，通过直接顶传递给支架的作用力，称为基本顶载荷，一般可按直接顶载荷的倍数估算，称为动载系数。基本顶来压时的载荷一般不超过平时载荷的2倍，本次计算取2。
γ——顶板岩层容重，2.5t/m3
如果忽略顶板下沉量，
则 ∑h=M/(K-1) (M为采高，K为碎胀系数)
本次计算：M--- 工作面实际采高1.6m;
K--- 一般取刚破碎时的胀碎系数1.25—1.5；
则 P= N×∑h×γ=2×M/(K-1)×γ=2×1.6×4×2.5
=32KN/m2
(注：上述技术参考1991年3月煤炭工业出版社出版的矿山压力及其控制教材)
根据工作面实际斜长及控顶距计算顶板岩层实际作用力：
F= P×L×M=32×60.6×1.6=3102.7KN
式中：F--- 工作面控顶范围内岩石对支架的作用力，KN；
L--- 工作面长度，60.6m；
M--- 工作面支架实际控顶距离，1.6m；
根据工作面实际使用的单体液压支柱实际支撑能力计算：
Rt=KgKzKbKnKaR=0.99×0.95×0.9×1.0×0.9×300=228.5KN
式中：Rt— 支柱实际支撑能力，KN；
Kg— 支柱工作系数0.99；
Kz— 支柱增阻系数0.95；
Kb— 支柱不均匀系数0.9；
Kn— 采高系数1.0， 本次计算工作面采高比为1
Kn=H实际/H可采=1.6/1.6=1；
Ka— 倾角系数0.9；
R—支柱额定工作阻力，本次计算取300KN
工作面合理的支柱密度计算：
n=F/Rt=3102.7/228.5=13.6根
所以工作面应使用14根单体液压支柱来满足工作面顶板支护。
W=L/n=58.5/14=4.18m。
W实际=3<W=4.26
故该工作面采用DW18-300/100x型单体液压支柱，柱距为2.5±0.5m，配合柔性掩护支架可满足工作面支护强度要求。
2、架后垫层厚度、金属支架、托架大绳（钢丝绳）计算
（1）垫层厚度
架后垫层具有保护支架不受大块矸石直接冲击的作用。因而架后必须有一定厚度的垫层保护支架。
根据基本顶到煤层底板的垂直距离以及煤层倾角得出基本顶垮落的矸石最大直接冲击垫层及垫层的高度H。
H=L/sinβ=2.55/sin60°=2.94m
式中：L—基本顶到煤层底板的最大垂直距离，L=a+b=2.2+0.35=2.55m；
β—煤层倾角，60°。
即2.94m以上的顶板冒落时先冲击底板，再下滑冲击垫层及支架，所以选取的3m厚度的垫层满足要求。
（2）柔掩支架强度计算
以柔掩支架受最大的力时计算柔掩支架的强度,当单体液压支架挑架时，单体对支架的作用力最大。由于挑架过程较长，单体液压支柱和支架下肢形成一个简支梁。空区压力一半传递到支架下肢，一半传递到单体液压支柱。
P1=PL/2n实际=3102.7/28=110.8KN
式中：P1—支架受到的最大作用力；
PL—工作面顶板压力；
n实际—工作面单体棵数。
3、主要研究方向和创新点
1、单体柔性掩护支架采煤法工作面几何参数确定和相关巷道的优化布置：
①、工作面沿煤层伪倾斜方向布置，坡度为25～30°， 面长为45～65米。
②、上顺槽沿煤层顶板布置，下顺槽、开切眼及溜煤（行人）小眼沿煤层底板布置，便于支架的安设和回撤，提高煤炭的回采率。
2、运用相关力学理论对支架进行受力分析，确定了支架采用“八”字型结构及其基本参数，并对支架和钢丝绳进行了强度计算。
3、针对工作面内皱架、窜矸及煤层自燃对生产能力的制约，研制了超前钎棍治理工作面内的窜矸。
4、对于特殊地质条件下工作面采煤过程中出现的严重皱架现象，采用补打伪斜上山重新安设架头的方法进行处理。
5、为减轻煤炭自燃的影响，运用下行通风增加上部轨道巷的风压，防止上部老空区气体外溢。
6、使工作面内行人、操作比较方便，减轻工人的体力劳动强度，工作安全可靠；掩护支架受力较小，支架可以多次回收复用，使得矿井的材料消耗和生产成本降低。
4、结束语
株柏煤矿采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法以来，工作面煤炭的回采率提高，吨煤掘进率降低。提高了工作面安全系数，通过各项安全措施及灾害防治措施综合使用，为工作面的高效开采提供了保障。
参考文献
[1]王金生 ，急倾斜中厚煤层回撤工艺的实践.煤炭技术,2011（30）（6）.43-45.
[2]孔祥喜，淮南矿区薄煤层开采方法探讨.煤炭技术,2007（9）.
论文作者:初立新
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/13
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