摘 要：针对红会四矿综放工作面开采条件的特殊复杂性和改善、提高工作面生产状况的紧迫性，经过井下现场监测，分析影响大坡度仰（俯）采综放面安全高效生产的关键因素，提出了有效的防治对策，现场工程实践取得了显著的效果，为类似条件煤层的安全高效开采提供了有益的经验，对推进复杂难采煤层的安全高效开采技术发展具有重要意义。
关键词：大坡度；仰斜综放开采；关键技术
中图分类号：TD528 文献标识码：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
靖远煤业集团公司红会四矿于1975年建成投产，设计生产能力0.60Mt/a，斜井开拓，开采特厚煤层。近几年位于+1510水平七采区的4708综放工作面，由于开采块段煤层走向、倾角、地质构造等客观条件和块段四周采空区的制约，只能采用倾斜长壁布置，受褶曲和断层影响，工作面推进范围内仰采坡度达到30°以上，局部达到+41°。如何合理有效解决出现的严重煤壁片帮、冒顶难题，有效控制支架围岩系统，解决工作面防灭火问题，是大坡度仰俯采综放工作面开采能否安全高效生产的关键技术问题。
1 大坡度仰斜综放开采中主要问题
大坡度推采是引起大坡度仰-俯斜综放工作面开采中所有问题的基本根源，特别是大坡度仰采时工作面支架围岩系统会出现以下问题：
（1）基本顶断裂回转以及由此引起的直接顶的断裂下滑和顶煤的破碎冒落，使工作面的顶板处于难控状态；尤其当断裂位于工作面煤壁上方附近时，由于处于高位处的基本顶可以形成自身平衡结构，因而直接顶和顶煤的稳定性控制是大坡度仰采综放工作面顶板管理的重要内容。
（2）煤岩体自重沿层理方向的切向分力随倾角增大而迅速增加，致使煤壁内指向采空区的切向拉应力值及其拉应力深度加大，从而将能引发煤壁发生严重片帮。煤壁严重片帮又将会引发工作面发生冒顶。因而治理煤壁严重片帮是大坡度仰采综放顶板控制的核心内容。
（3）目前配套的综放生产设备大部分是按走向长壁开采技术而进行配套设计的，对大倾角倾斜长壁综放开采状况的适应性较差。因此工作面液压支架、采煤机、刮板输送机等主要设备使用管理难度大大增大。
（4）大倾角特厚易燃煤层在采用大坡度仰俯采综放开采时，工作面推进速度相对较慢，采空区遗煤相对增多，这使得采空区遗煤自燃发火的危险性和危害性都明显增大，加大了工作面防灭火的难度。
2 大坡度仰斜综放开采中主要影响因素
（1）工作面仰斜推进坡度影响：受地质条件变化制约，4708综放工作面前期为大坡度仰斜开采，后期为俯斜开采。综合机械化采煤工作面采用仰（俯）斜开采的基本条件一般认为是工作面推进坡度在12°以下，在采取一定技术措施后工作面推进坡度可以达到17°。
支架与煤层底板的摩擦系数一般为0.35左右，则支架在倾斜底板上的放置时的自稳定（不发生下滑）的极限角度为17°。因此，当工作面仰（俯）斜推进坡度大于17°后，工作面的支架、采煤机、刮板输送机等的稳定性就会显著降低，特备是仰斜推进时，工作面煤壁和端面上的顶煤顶板的自重力沿层面分力迅速增大。煤岩体的抗拉强度大大低于其抗压强度，由于受较大沿层面分力的张拉作用，这时煤壁极易失稳片帮，端面顶煤顶板中由于很难形成挤压平衡拱而极易失稳垮落。
4708工作面回采前期区域大部分的仰采坡度大到30°以上，工作面仰采坡度最大达到+40°以上，这大大超过了公认的仰采坡度上限值。
大坡度仰采工作面煤岩体自重及上覆岩层压力沿煤岩层层面方向的分力F和垂直岩层的法向正压力Q分别为：
根据分析计算，当工作面仰采坡度大到37°时，煤岩体自重沿层面方向的分力就可达到其自重的0.6倍。煤岩体属于一种脆性材料，其拉压强度要远小于其抗压强度，在这样大的倾向拉力作用下，很容易将已经遭受工作面支承压力破坏作用之后的顶煤沿煤壁附近完全拉断开，从而造成顶煤完全破碎，甚至切顶，并使支架上的已破裂煤岩体向采空区方向滑落的趋势加大，从而引发支架不稳。因此，工作面局部仰采坡度太大是4708工作面生产困难的根本原因。
（2）工作面内部分区段破岩石推进：在仰采区段，受断层和煤层地板起伏影响，曾经工作面内约40付支架范围需要破底板岩石、甚至全破岩开采。需破的岩石基本属于煤层底板岩层。该岩层强度相对较大，必须采用风动钻机打眼后装药爆破破碎。破岩段范围大，岩石打炮眼速度慢，爆破效果差，垮落下的岩石大块需二次爆破处理，爆破破岩费时费工。爆破岩石还易引发煤壁片帮和端面冒顶。爆破破岩严重制约着工作面的推进速度。
（3）4708工作面与4710—4探巷和一平巷斜交，与4708辅助运输顺槽垂直相交。F61断层落差5.5~7.0m，从工作面机巷内侧斜交穿入。DF8断层从回风巷附近穿过。工作面开采过程需要过空巷、过断层，这进一步加剧了工作面开采难度。
4708工作面开采条件极为复杂，煤壁片帮和架前冒顶、甚至切顶严重，局部破岩工程量大，这是影响工作面安全生产和高产高效的主要因素，其中仰采坡度大是基本的内在因素，研究解决好综放大坡度仰采关键技术是4708工作面获得安全高效的基础。
3 大坡度仰采综放工作面顶板控制技术措施
由大坡度仰斜开采工作面的直接顶的受力状况可知，沿工作面推进方向，直接顶在基本顶作用力和自身重力合力的作用下，可以分解给支架的正压力和向老塘方向下滑力；沿工作面仰斜方向，直接顶在基本顶作用力和自身重合力的作用下，必然会产生向工作面下方偏老塘方向运动的趋势，造成工作面直接顶和顶煤稳定性降低，顶板难以管理。