急倾斜煤层采煤方法分析

2015-10-21王瑞

商品与质量·学术观察 2015年3期

关键词：分析

摘要：本文介绍急倾斜厚煤层开采特点，指出了急倾斜煤层开采技术存在的问题，阐述了急倾斜中厚煤层的采煤方法，论证了急倾斜厚煤层采用巷道放顶煤采煤方法的可行性。

关键词：急倾斜煤层采煤方法分析

0.前言

煤层的倾角是煤层层面与水平面所夹的两面角，角度大于45°的煤层被称为急倾斜煤层。它由煤层倾角增大引起的，地质构造复杂，煤层赋存不稳定煤层由原水平状态经过多次地质变动，变成急倾斜煤层。

1.急倾斜煤层开采特点

（1）由于煤系地层受构造运动的挤压，煤层顶底板遭受破坏的程度相对比缓倾斜煤层大，因而顶底板岩石的层理与原生裂隙较发育，较易冒落；（2）由于煤层倾角大，支架的稳定性差，尤其是单体支柱的稳定性问题尤其重要；（3）破落下来的煤岩会自动下滑，有利于工作面煤炭运输和矸石的自动充填，但煤岩块的自动滚落容易伤人和冲倒支架，对作业安全不利[1]；（4）由于垮落矸石从上向下滚落，可对下部采空区起充填作用，但冒落带漏斗状明显影响地表及岩层运动；（5）开采急倾斜煤层时，对煤层自然发火的防治比较困难。当采空区已经发火时，往往难以隔离。尤其在开采下区段时，上区段采空区的火源会冒落到下区段；（6）在开采急倾斜煤层中，人员沿倾斜方向上下行走不方便；（7）开采急倾斜煤层中，岩巷工程量比较大。

2.急倾斜煤层开采技术存在的问题

我国急倾斜煤层开采技术存在的问题主要表现在以下几个方面：

（1）煤炭损失率高。主要存在于那些采落的煤炭与采空区冒落矸石无隔离设施的采煤方法，如斜坡式、小分段爆破、水力采煤、仓储式等。这些采煤方法的煤炭损失率有的高达40%～50%，与此同时，生产的煤炭往往有较高的含矸率。煤炭损失率高，不但给煤炭自燃创造了条件，而且浪费资源，缩短矿井寿命。

（2）巷道掘进率高。这些问题主要表现在斜坡式、小分段爆破和沿倾斜推进的掩护支架等采煤方法中。这些采煤法，有相当大的一部分巷道是在支承压力带内掘进和维护的，维护这些巷道的工作量很大。掘进率高，增加了巷道掘进维护的费用，影响工作面的接替，给通风管理工作造成困难。尤其在有冲击地压危险的煤层中，巷道对煤体切割过多，增加了冲击地压的危险。

（3）通风条件差。这一问题，大部分急倾斜煤层采煤方法都不同程度地存在，而斜坡式、小分段爆破、仓储式和长孔爆破采煤法尤为严重。这些采煤方法中，通风系统复杂，有的采煤工作面为独头通风，工作面风流中，煤尘和瓦斯的含量较高，对工人的健康和安全危害较大。

（4）工人劳动强度大。这是所有急倾斜煤层采煤方法共同的缺点，由于煤层赋存条件的限制，急倾斜煤层中大部分巷道和工作面坡度大、空间小，工人在工作面落煤、支护、运料、行走均十分困难，劳动强度大。

（5）开采效益差。与倾斜或近水平煤层比较，急倾斜煤层的开采不仅单产低、工效低，而且成本高、煤质差，因此，这类急倾斜煤层矿井规模小、效益差。

3.急倾斜中厚煤层的采煤方法

适于大倾角急倾斜中厚煤层的采煤方法大倾角急倾斜厚煤层（煤层倾70°～90°，厚度5～10 m），此条件煤层由于倾角大、地质构造复杂等不利因素，采煤方法的发展较之其他急倾斜煤层采煤方法要缓慢的多，目前主要有下列一些采煤方法。

3.1 伪倾斜开采

伪倾斜开采可以克服急倾斜煤层开采中，人员沿倾斜方向上下行走不便，以及煤岩块滑动滚落速度大，容易伤人和冲倒支架的缺点[2]，而且利用了急倾斜煤层煤岩可以自动下滑，便于煤炭自溜运输和矸石自动充填等有利因素。利用伪倾斜开采的采煤工艺有：1）斜切分层采煤工艺；2）斜坡采煤法工艺；3）伪斜工作面短壁矸石充填采煤工艺等。

3.2 掩护支架开采

掩护支架开采技术是利用急倾斜煤层开采顶板压力较小，而支架下滑力大的特点，以掩护支架隔离采空区矸石进行开采的采煤方法。主要有：1）俯斜开采的掩护支架采煤工艺；2）巷道长壁工作面活动钢架掩护采煤工艺等。

3.3 短壁柱式开采

由于急倾斜煤层地质条件复杂，很难采用长壁式采煤法，而采用短壁柱式方法开采，可以较好地适应这种复杂的条件，而且可以简化采煤工艺，提高开采作业的安全性。其具体的采煤工艺包括：1）斜切分层采煤工艺；2）水平分层采煤工艺；3）仓储采煤工艺等。

3.4 巷道放顶煤开采

巷道放顶煤开采，打破了传统急倾斜煤层的常规，以巷道代替长壁式工作面，并遵循了目前国内广泛使用并取得良好技术经济效果的缓倾斜中厚煤层放顶煤长壁工作面放煤技术，同时采用全风压通风，双安全出口。这种方法推广到大倾角（70°～90°）厚煤层（5m～10m），理论上借鉴金属矿山的椭球体放矿理论后，采煤工艺参数基本成熟，煤层放煤效果更好，回收率令人满意，同时针对这一采煤方法使用后出现的地表塌陷漏斗非连续变形的形态特征和变形机理研究，也有了明显进展，成为正规采煤方法。

上述采煤方法可单独使用，也可综合应用，构成各式各样具体采煤方法。

4.急倾斜厚煤层采用巷道放顶煤采煤方法的可行性

4.1 巷道布置

对急倾斜煤层沿倾斜方向按一定的标高划分成若干区段，在区段底部沿走向布置一条巷道，然后在巷道一侧每隔一定距离向煤层中掘放煤小眼，至此，巷道放顶煤工作面布置基本完成。放煤巷道两端分别与进、回风巷相联（如区段石门或采区上山等），并以沿空护巷方式维护，构成全风压通风。

4.2 放煤巷道

由于放煤巷道同時担负着运输顺槽、采煤工作面、放煤支架等多方面的任务，并集落、装、运、放、行人、通风等诸多功能于一体。

4.3 放煤小眼

放煤小眼是顶煤松散区与放煤巷道的通道，它的作用除控制放煤工程外，还需在其中放炮，作出松动空间，必要时长孔松动爆破也在小眼中进行，因此，放煤小眼的稳定也是必须考虑的因素。而放煤小眼的稳定与支架形式有关。经验表明[3]，直腿支架比曲腿支架更有利于放煤小眼的稳定。

4.4 放煤

先在放煤小眼内放炮，炮眼布置和炸药量依据煤层硬度和厚度而定，放炮的目的使巷道上方的顶煤全部处于悬露状态，当顶煤松动或垮落后，即可放煤。为保证放煤质量，提高顶煤采出率，必须采用分段、多轮、均衡放煤方法，以使顶煤上方的煤矸接触面均匀下沉而不过早窜矸。

4.5 运输系统

在放煤巷道布置一台刮板运输机，煤从放煤小眼里直接进入（必要时辅以人工攉煤）刮板运输机，然后被运到运输巷道。