急倾斜煤层特征及采煤方法研究

杜士军 肖杰

摘 要：受构造运动的影响急倾斜煤层往往产状复杂、煤层厚度变化较大、围岩的稳定性差、断层和褶曲多、矿山压力的分布规律不清楚，加之煤层倾角大，使得急倾斜煤层采煤方法与其他采煤方法都有很大的差异。因此，本文通过对分析与研究急倾斜煤层矿压显现特征及特点，并探讨相应的采煤方法，对提高急倾斜煤层回采率与经济效益，增加安全度，特别是急倾斜煤层的开采具有十分重要作用和指导意义。

关键词：急倾斜煤层；采煤方法；煤层倾角；矿山压力；

一 引言

急倾斜煤层是指倾角在45°以上的煤层，急倾斜煤层的形成往往受到构造运动的强烈影响，煤层和围岩的稳定性遭到严重的破坏，节理裂隙发育，倾角和厚度变化较大，煤层比较破碎，断层较多。

我国已探明的煤炭储量中，虽然急倾斜煤层仅约占4%，但急倾斜煤层分布广泛，南方地区80%的矿区赋存有急倾斜煤层，国有重点煤矿开采急倾斜煤层的矿井数占17%，产量占3.8%，在地方煤矿和乡镇煤矿中急倾斜煤层的矿井数约占37.6%，产量占7.0%。

急倾斜煤层开采的原则与方法与缓倾斜、倾斜煤层的开采基本一致。但因急倾斜煤层的煤层倾角大，煤层的地质因素和矿山压力显现与缓倾斜、倾斜煤层有着较大的差异，在矿井开拓方式、采区巷道布置、采煤方法、采煤机械化、通风与安全等方面独具特色。

二 急倾斜矿山压力特点及其影响

根据煤层倾角对顶板压力的影响，通过理论分析及大量实际观测证明，煤层倾角对回采工作面矿山压力显现影响较大。例如，随着煤层倾角增加，顶板压力将逐渐变小。

假设上覆岩层的重量为W，如图1所示。由于煤层倾角增大，必然使沿岩层面的切向滑移力Q1=Wsinα，增大，而使作用于层面的垂直压力Q2=Wcosα，减小。

急倾斜煤层的倾角大于岩石安息角，采煤工作面采下的煤能自动下滑，从而简化了工作面的装运工作，但下滑的煤和矸石容易冲倒支架，砸伤人员，急倾斜煤层和围岩的节理发育，初次来压和周期来压与不明显，易发生无预兆的大面积突然冒顶垮落，造成顶板事故，给生产带来一些不安全因素。因此，生产的不安全因素多，安全性差。

急倾斜煤层顶板压力垂直作用于支架或煤柱上的分力比缓倾斜煤层小，而沿倾斜作用的分力大，煤层开采后，煤层顶、底板都有可能沿倾斜方向滑动垮落，支架稳定性差，易发生扭曲与倾倒。因而工作面支护工作的难度大。

急倾斜煤层在采煤机械设计时，必须考虑机械工作时的稳定性和防倒问题，所以急倾斜煤层的采煤机械化问题至今尚未得到根本解决，仍然主要依靠爆破或风镐破煤、掩护式支架或单体液压支柱或木支柱支护，工人劳动强度大。采煤工作面的行人、运料、破煤、支护、采空区处理等各项工序的操作都比较困难，采煤机械化的程度低，工效低，经济效益差，安全投入不大。

由于煤层倾角超过顶底板岩石移动角，采空区垮落的岩石会自动充填下部采空区。因此，开采急倾斜煤层时的垮落带、裂隙带及下沉带的分布与缓倾斜、倾斜煤层正好相反；同时由于生产能力小，受开采技术、经济等条件限制，难于采用先进的顶板管理方法。

三 急倾斜煤层主要的采煤方法和适用条件

长孔爆破采煤法：回采工艺比较简单，人员不进人回采工作面，劳动强度较低，安全条件较好。长孔爆破采煤法具有一定的灵活性，除用于正规工作面外，还可用于煤柱、煤仓、边角煤的回收，也可用于水力采煤中的炮采水运。只能适用于顶底板比较坚硬，无煤尘爆炸危险的低瓦斯矿井。

柔性掩护支架采煤法：是我国急倾斜煤层一种主要的开采方法。工作面沿走向推进，具有走向长壁采煤系统的优点，减少了巷道掘进量；采用25°左右的伪斜工作面，把急倾斜煤层变成缓倾斜煤层来开采，工作面行人操作比较方便，减轻了工人的劳动强度。这种采煤方法适合在煤层赋存比较稳定，厚度在2 ～5 m ，倾角在60°～70° 的煤层中使用。

俯伪抖走向长壁分段密集采煤法：工作面呈俯伪斜直线布置，避免了煤壁片帮伤人，工作面周期来压不明显，也为进一步实现采煤机械化创造了条件，它适用于煤层倾角在40°～75 °，煤层顶板中等稳定，采高不超过2m 的低瓦斯煤层。

巷道放顶煤采煤法：综合应用了综采放顶煤开采理论和急倾斜煤层沿空留巷理论，回采工艺实际只有破煤，放煤，运煤三道工序， 不用支护采空区和进行顶板管理？？采煤工艺分为初采，正常回采和终采三个阶段，巷道放顶煤采煤法可用于埋藏不稳定，厚度变化大，地质构造较复杂的急倾斜煤层， 煤层厚度在2～10 m 左右，倾角在50 °～90 °，普氏系数在1.5以下的急倾斜煤层。

水平分段放頂煤采煤法：随着近水平厚煤层综采放顶煤技术的发展，综采支架放顶煤技术已被成功引人急倾斜煤层的开采，急倾斜煤层水平分段放顶煤采煤法的试验成功是急倾斜煤层采煤法及其回采工艺的重大改革。适用于煤层倾角在45 °以上，厚度大于20m中硬和中软煤层，硬煤要采取爆破强制落煤措施，煤层稳定，走向长度范围内煤层厚度基本无变化， 无落差较大的断层。

四 结语

由于急倾斜煤层的倾角较大造成矿山压力显现与缓倾斜、倾斜煤层不同，急倾斜煤层往往采出率低、巷道掘进率高、安全状况差、工作面生产效率偏低。近年来，已经引起国内外专家、学者和国家有关部门的重视，并取得了可喜的进展。然而，由于急倾斜煤层开采条件的特殊性，开采方法仍然是这类矿井改善技术经济面貌的主要障碍。

参考文献：

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[4]门嘉勃，康东.急倾斜中厚煤层开采方法[J].煤炭技术.2006.3（25）：35-38.

作者简介：

杜士军（1976.10——）男，贵州织金人，单位：织金县安全生产监督管理局，毕业院校：贵州省冶金学校，所学专业：冶金机械专业。

肖杰（1984.3——）男，贵州织金人，单位：织金县安全生产监督管理局，毕业院校：贵州工程应用技术学院，职务：技术装备股负责人。