一、31111急倾斜工作面研究内容

四川川煤石洞沟煤业有限责任公司（以下简称石洞沟煤矿）位于广旺煤田东段，隶属四川省旺苍县三江镇和金溪镇管辖。石洞沟井田出露地层有三叠系上统须家河组第五、六、七段（T3xj5、T3xj6、T3xj7），侏罗系下统白田坝组（J1b），侏罗系中统千佛岩组（J2q）及下沙溪庙组（J2xs）。石洞沟煤矿31111工作面为智能化综采工作面，煤层平均倾角70度，平均采高3.9m，直接顶为泥岩，厚0.7m—1.0m，埋深450m。根据31111综采工作面急倾斜大采高等客观地质条件，结合现有的急倾斜大采高煤层开切眼设计施工方案，通过设计创新和精准实施，解决31111急倾斜大采高综采面开切眼设计和施工各个环节存在的技术难题，保障开切眼安全高效完成掘进并有效快速投入安装使用。

二、成果研究

1.项目意义

（1）从设计的角度来看，急倾斜煤层开切眼安装前应为真倾斜布置，先掘落煤通风通道，形成通风与落煤互不干预，迹落差很高，从下向上掘进，必定会出现高空坠物、斜巷飞矸情况，因此首先研究如何降低施工过程中防坠落、防飞矸、防片帮掉顶等安全因素是最基本的要求。为此，将整个开切眼设计为多段施工减小落差，可缩短矸石滚落高度，可大大减轻作业点掉落物品对下方人员的伤害，且减轻对下方已有支护的打落和损坏。

（2）研究如何降低切眼施工过程中煤炭下落冲击，减轻对已有支护的损坏，做到溜煤可控，也是一个重要的问题。为此，在扩刷开切眼时另设计从开切眼旁边掘一伪倾斜辅助斜巷到溜煤眼相应位置，进行专用溜煤，一是可减小溜煤通道煤矸下溜的加速度；二是避开对开切眼内支柱冲击。

三、研究内容

（1）设计探索出安全可靠的开切眼施工方案。解决高空坠落、片帮掉顶、飞矸伤人、行人运料掘进困难、通风可靠等技术难题。

（2）精准检测掌握风机巷及开切眼顶板压力显现规律。

（3）提前预测预判，制定有效的构造治理措施。

（4）保障开切眼支护设计合理，监督支护质量安全可靠。

（5）确保辅助斜巷及导硐安全精准快速完成施工。

（6）实现开切眼安全高效完成扩刷，按期投入安装使用。

（7）分析总结设计施工过程存在的问题，并与其他单位进行技术经验交流，将该项技术成果有针对性、适用性地进行推广应用。

四、开切眼施工方案

1.开切眼设计方案

方案一：折眼式施工

主要为了将导硐掘进和开切眼扩刷期间溜煤通道坡度控制在安全范围，经过前期经验积累，将溜煤巷设计为30°～35°为效率最高和安全效果最好的坡度。因此设计了这种在开切眼内施工35°的折返式导硐作为后期开切眼扩刷的溜煤、通风通道的施工方式。

方案二：全采高真倾斜切眼施工

该种方式在急倾斜综采工作面切眼施工中比较常见，但31111综采面比较特殊，其采高范围为3.2m～4.5m，属于大采高急倾斜煤层，本设计主要考虑煤层倾角大，如果真倾斜方向掘进切眼顶底板煤层要下滑，不好保留，可考虑一次掘进全断面的施工方式。与传统的施工方式比较，其改进提升的措施主要是采用脚手架搭架将全断面分割为上部行人和下部溜煤两部分，大大改善了真倾斜切眼施工环境安全。

方案三：小断面真倾斜切眼施工

本设计主要是在采用传统的真倾斜切眼施工的时候，考虑了一次施工全部采高工程量较大，且上方片帮掉顶安全风险增多等问题。31111综采面本身属于大采高，但其煤层结构有特殊性，即工作面为K11、K10两层煤合层开采，且两层煤之间的夹矸有0.3～0.5m厚，属于较坚硬的砂岩，因此在真倾斜方向施工切眼时可以顺K10煤层顶底板进行掘进支护，作为后期开切眼扩刷的溜煤通道。

方案四：辅助斜巷+导硐施工

本设计主要充分考虑了31111综采面开切眼煤层倾角高达57°～68°，在切眼掘进和扩刷过程中高空坠落、飞矸伤人、片帮、安全风险大等问题。因此采用先施工安全风险低的辅助斜巷，再分段掘进开切眼导硐的方式完成开切眼施工。

2.方案对比分析选择

根据石洞沟煤矿31111综采面开切眼实际的地质情况和煤层赋存情况，开切眼施工方案选择重点考虑以下几方面因素：

（1）煤层倾角大、采高大，必须降低飞矸、片帮掉顶、高空坠落等安全风险，需要通过选择低安全风险的掘进方式施工。综合对比可知通过施工伪倾斜的辅助斜巷能减少飞矸、能将行人溜煤有效分隔，最有利于降低上述安全风险。

（2）必须想办法减小作业人员劳动强度。包括支柱、横梁、排柴等支护材料的人工运输强度。基于石洞沟伪斜溜煤斜巷掘进有一套成熟的经验，掘进辅助斜巷时可采用回柱绞车运柱运材料，解决了人工托运的问题；真倾斜向上掘进由于不便于安设运料装置，作业人员运料劳动强度会很高；因此辅助斜巷在材料运输方面更具优势。

（3）分析开切眼整段依次掘进和分段掘进效果。根据重力学原理，飞矸或人员从越高处滚落其受到的冲击越大，因此分段掘进大大减小了高空坠物的冲击力，对安全更有利。

（4）如果开切眼掘进期间遇到其他未知构造，整段掘进将会增加施工难度和安全风险，分段掘进更具优势。

（5）分析全高掘进和分层小断面掘进优劣。在急倾斜大采高条件下，沿真倾斜方向掘进必须减少上部顶底板掉落矸石量。基于工作面为K11（K10）复合煤层开采，且上下分层矸石稳定且较厚，可知该开切眼全高掘进和顺K10掘进顶底板条件都较好。另外主要考虑到全高掘进需要支柱都在3.5m以上，运输困难，且全高掘进工程量大，劳动强度大，且上部煤矸片落风险更大，因此选用小断面掘进方式更具优势。

综上对比分析：31111开切眼导硐施工方式选择第四种方案最合适。

3.施工方法

（1）辅助斜巷、导硐施工方法：采用钻爆法施工，全断面一次起爆成巷。斜巷均采用一梁二柱方式支护，一边溜煤一边行人，支柱间距800mm，排距1000mm。

（2）开切眼扩刷方法：采用钻爆法扩刷施工，锚网索注全断面支护，专门设置行人通道，材料通道每隔5m设置一组挡矸隔栏。采用辅助斜巷进行扩刷期间的溜煤通道。立眼导硐可以增加工作面进风量，保证通风畅通。

五、切眼设备安装与配套设计

1.切眼扩刷及支架下放方式

由于施工切眼中发现过构造段出现顶板松软，岩层属于页岩加泥岩，该段顶板实施了全面扩刷，顶板高度达5.8m，为保证支架有效接顶，工作面约12m采用了做假顶和底板加固治理。

为达到27吨（18/48型）支架快速下放、顶板可靠支护，空顶面积在安装中达到可控范围，决定工作面支架安装采用竖放下滑上下调向的方式放入工作面进行安装。作为急倾斜大采高工作面大型支架竖放安装，石洞沟煤矿属于首例。

2.支架竖放调向设计

由支架竖放调向设计

31111急倾斜大采高智能综采工作面支架竖放难度在于支架长达7.46m（降1.8m高度），宽1.75m，重吊27吨，要在切眼口有效卸车、有效转向、有效下放、可靠自溜到工作面下端头，这是一个技术课题。

石洞沟煤矿在切眼口8.5m上部设计了双提大吨位双速绞车两台，双向对拉绞车两台。解决了人工单支双抵转圈调向的问题。（如下图）

3.切眼口旋转平台设计

（1）按其支架下放时的最低高度设计切眼口长*宽*高及工作面下放支架安设提升中心线设计提升绞车和辅助绞车提升中心线距离。

（2）按其支架中心距设计切眼口旋转平台与下放专用轨道和轨距以及坡口弧轨、坡口地辊及坡口轨道的加固连接，我们采用了双轨加密轨枕及双衬，双连限位法，实现了支架快速调向、快速装入滑橇、快速下放、快速调向安装、快速提升材料，实现了安全与高效的工作面设备成套安装。（25天完成，相比原方案缩短安装工期10天）设备安装、平台调向设计如图。

六、主要创新点及关键技术

1.创新点

（1）采用双导硐施工打眼1.5m宽，解决了前期溜煤和通风问题；

（2）从上往下扩刷开切眼，扩刷后开切眼顶板采用锚网+注浆索+单体液压支柱支护方式；开切眼两帮煤壁采用锚网护帮。

 （3）当扩刷期间遇断层时，将煤炭及软顶刷掉，采高与顶板好的区段采用了加密注浆锚索方式进行支护加固，构造带变高的区段采用了钢梁抬棚绞顶支护，同时对断层交界面区段进行锚杆、网片加密进行锁定锁底。

（4）切眼施工断面超出设计安装断面的部分，采用锚网索注加强支护后需及时铺设假顶或假底。铺假顶方式为锚网索梁充填圆木排柴，铺假底方式采用锚网充填木料再注入高水凝结材料加固。

 （5）急倾斜大采高综采工作面竖放大支架，双轨运架、平台滑板双槽浇筑，为装架锁架提供了操作便捷，4台绞车双向对拉，减少了人工摆架的操作程序。

2.关键技术

（1）采用钻爆法施工，全断面一次起爆成巷；边打边锁帮，避免了巷道片帮和浮煤再次回收；

（2）遇构造带时，边扩刷边做假顶、钢梁锚索吊梁、圆木排柴绞顶、喷浆充填，减少了搭架施工中的安全风险；铺假底方式采用锚网锁底、AB快速凝固料充填，再注入高水凝结材料加固封面，避免大支架大放中轨道下沉支架倾倒的问题发生。

（3）自行设计了急倾斜大采高支架竖放机转式旋转平台，三台绞车配合调向、自制滑板装架下放，为大断面切眼超重大支架快速安装提供了技术保障。

（4）自滑限位式滑橇与上拖式溜船配套上提收轨收大枕，实现了支架快捷回收，避免了绳头上提挂木枕、卡钢轨的现象发生，提高了安装效率。

七、经济效益分析

1.经济效益

（1）导硐式快速切眼掘进，减少了钻机施工购置、材料费、电费等42万元。

（2）先打提升硐室，先安绞车，采用绞车下放4.5m单体支柱、材料、工器具、切眼下放双绳反拉松煤，减少了人工搬运材料、人员搬运不安全、效率低、劳动强度大，提前了15天完成扩刷任务，创造了经济效益80.6万元。

（3）无1人受伤，可直接创效10万余元；共计可创经济效益132.5万元。

2.社会效益

（1）该项急倾斜大采高综采工作面开切眼设计施工技术在急倾斜煤层巷道掘进顶板管理、防飞矸管理发挥达到了安全性能。

（2）切眼施工分段且采用斜巷运输后，既解决了独眼通风、施工过程中运料、溜煤困难等问题，最重要的是降低了真倾斜开切眼的施工难度，大大降低了职工作业劳动强度，得到职工的认可，增加了职工工作热情，保障了矿井安全生产，为企业持续安全高效发展奠定了基础。

（3）项该项研究成果可以在我国同类型煤矿中推广应用，推动了急倾斜大采高煤层机械化综采开采技术的进一步发展，对我国西部煤矿普遍面临的急倾斜煤层开采技术难题的解决具有十分重大的意义，将产生更大更深远的经济效益和社会效益。

八、参考文献

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