急倾斜煤层综采方法的选择与实现途径

2015-02-25刘明

现代矿业 2015年7期

关键词：放顶巷道煤层

刘明

(山西同煤集团北辛窑煤业有限公司)

急倾斜煤层综采方法的选择与实现途径

刘明

(山西同煤集团北辛窑煤业有限公司)

急倾斜煤层在我国分布较广泛，地质条件大多都相当复杂，为了实现对急倾斜煤层的安全开采，应加强管理各个回采工艺环节，通过合理选择综采方法、提高回采综放工作面的安全性。为此，首先分析了急倾斜煤层开采面临的主要问题，然后对开采急倾斜煤层的主要方法进行了讨论，最后提出了急倾斜煤层综采方法的选择与实现途径，并对开采急倾斜煤层综采设备及工艺的发展趋势进行了探讨，为提高急倾斜煤层的开采水平提供参考。

急倾斜煤层综采方法实现途径

倾角度超过45°的煤层便为急倾斜煤层，通常该类煤层开采难度较大[1-2]。我国在急倾斜煤层综采方面已经积累了丰富的经验，但也存在一些问题，在对该类问题进行详细分析的基础上，深入讨论了急倾斜煤层的主要开采方法，并就急倾斜煤层综采方法的选择与实现途径进行了探讨，对于促进急倾斜煤层的安全高效开采具有一定的参考价值。

1 主要问题

一般来说，由于开采急倾斜煤层难度较大，在开采过程中面临的问题主要包括煤炭的回采率较低、巷道掘进面临较大的工程量、工人劳动强度相对较大、通风难度大等。受到开采条件的限制，在开采急倾斜煤层时无法有效隔离开采空区和采场，大幅度降低了煤炭的回采率，同时老空区岩石容易混入煤炭，降低煤质，不但恶化了开采工作条件，而且极易浪费煤炭资源。在对急倾斜煤层实施沿倾斜推进或斜坡式开采时，巷道支护难度较大，往往也不利于通风管理。当对急倾斜煤层使用斜坡式、仓储式等方式开采时，往往会将通风系统变得更为复杂，尤其是一些工作面使用的通风方式为独头巷道式的，导致大量的岩尘、煤尘、瓦斯混入风流中，增大了工作面的安全隐患。总体而言，相对于倾斜或近水平煤层的工作面而言，急倾斜煤层工作面的开采效率较低。

2 开采方法

(1)走向长壁综采方法。急倾斜煤层放顶煤的走向长壁综采方法可以细分为俯伪斜走向长壁分段水平密集综采方法、倒台阶综采方法、使用采煤机的走向长壁综采方法等[3]。其中，俯伪斜走向长壁分段水平密集综采方法是将开采急倾斜煤层的工作面沿直线布置成俯倾斜方向，并沿开采工作面的走向进行分段水平密集切顶、挡研，同时将老空区与采场隔离开，在采场分段实施破煤、落煤，该方法的优点在于容易操作、安全水平较高，缺点是系统布置工作难度较大；使用采煤机的走向长壁综采方法是指使用采煤机开采急倾斜煤层的工作面，选择该方法的前提是确保采煤设备不会出现倾倒或下滑现象。

(2)水平分层综采方法。开采急倾斜煤层时选择使用水平分层综采方法的主要对象是厚度大于20 m的煤层，在采面走向长度范围内，煤层厚度基本没有变化，断层落差较低，煤层稳定，该方法将急倾斜煤层划分成若干个相对水平的煤层进行开采，在每一个分层内实施煤层综采的工作面，在此基础上选择合适的工艺回采煤炭[2]。

(3)巷柱分层综采方法。该方法的工序为破煤—放煤—运煤，无需管理顶板，无需支护采空区，仅需工人在放煤巷里进行作业，劳动强度较低。

3 综采方法合理选择与实现

3.1 走向长壁综采方法

走向长壁综采方法主要适用于中型以上的矿井，厚为4～15 m的急倾斜煤层，在特厚的急倾斜煤层中引入回采缓倾斜煤层工艺，易于放顶煤，从而有效缓解接替紧张、增加循环产量[4-5]。对于拥有瓦斯和煤的突出厚煤层，选择走向长壁综采方法能够减少掘进工程量、提高掘进率、确保安全掘进，从而缓解矿井接替紧张等问题。当选择倾斜分层走向长壁布置综采一次采全高的方法开采急倾斜煤层时，通常是用于首分层，按照煤层的厚度实施分层开采，并在抽放达标的前提下在下部分层选用急倾斜分层走向长壁变线布置综采放顶煤的开采方法，在实现安全、高效开采的同时解决以下问题：①增加煤体中释放瓦斯的暴露面，从而增加自然释放瓦斯量，实现开采解放层的目标；②减少巷道工程量，为安全管理提供条件；③解决矿井接替紧张的问题；④减少矿井作业人员的数量，提高作业工效。

3.2 巷柱-水平分层综采方法

对于急倾斜煤层短壁放顶煤的工作面而言，目前大多使用轻型液压支架，工作面较短。这是因为：①放顶煤轻型液压支架的采高通常为2.5 m，顶煤的可放高度较小，循环采放的产量较低，导致工作面的效率低、单产低；②液压支架具备较小的工作阻力，对放顶煤极其可放高度产生不利影响；③由于短壁放顶煤的采放高度较低，而掘进率较高，容易产生接替紧张的问题；④综采设备性能、软化预裂技术等存在不足，随着放顶煤的采放高度被增加，当煤质较硬时采取超前预裂爆破措施，安全性不高。

为了实现安全、高效地开采急倾斜煤层，应根据煤层的厚度选择使用巷柱-水平分层综采方法：①简化工艺，选用工作阻力大的串联自移式支架，同时加强对超前预裂区域(即巷道)的超前支护，选用端头液压支架，能够实现高强度支撑、有效控制放煤量、快速移架、人员操作便捷安全；②选用物理爆破技术，对顶煤实施上巷深孔预裂爆破，并可在高瓦斯矿井推广应用，确保实现安全爆破；③在上巷选用能够提高软化顶煤注水煤体、预裂爆破软化、煤体爆破回收等技术，降低放顶煤的难度，从而增加循环产量和采放高度，有效缓解接替紧张等问题；④选用桥式装载机充当运输机，并配备破碎机、可缩皮带机，有效实现小班多循环作业，增加单产量。

4 综采设备及方法发展趋势

走向长壁、水平分层、巷柱分层综采急倾斜煤层放顶煤在选择与实现综采设备及方法上需解决以下问题：①应选择使用采高大、功率大的综采设备，选择的液压支架应具有能快速移架的大工作阻力；②应尽量简化短壁两端的综采方法，采用自移式液压支架，将巷道上下两端通过超前支护进行串联，加强对超前预裂爆破区域巷道的支护，放顶煤端头应选用具备移架速度快、支撑强度高、人员操作便捷安全、隔煤不会影响移架等特点的液压支架，以成功解决放三角煤的问题；③研制并选用适合短壁配套的、采高大的采煤机；④提高软化顶煤注水煤体、工作面超前深孔预裂爆破软化、爆破回收底板三角煤的技术水平；⑤摒弃炸药爆破，利用物理爆破技术代替，促使整个爆破过程不会有火花外露，能有效避免发生炸药爆破的危险，在煤层综采工作面对顶煤实施深孔预裂爆破，提高顶煤深孔的预裂效果，在增加采煤高度的同时尽可能选用巷柱综采方法。