急倾斜煤层巷柱式放顶煤开采回采工艺研究

毕建军， 贾文厚

（1.山西宁武大运华盛老窑沟煤业有限公司， 山西 宁武 036700；2.山西宁武大运华盛能源集团有限公司， 山西 宁武 036700）

我国煤炭的储量在全球范围内位居前列，在未来很长一段时间内其将仍然是我国能源结构的主导地位。近年来，随着我国综采设备自动化水平、采煤技术及采煤工艺的发展，综采工作面的采煤效率已得到显著提升。尽管煤矿开采效率得到发展，但是煤炭的浪费问题依旧很严重。就综采工作面而言，煤炭资源的浪费主要由于其回采率低所导致的[1]。因此，需根据综采工作面现场情况设计有效的采煤工艺，进一步提升工作面采煤效率，降低煤炭资源的浪费。本文着重对急倾斜工作面煤层的开采工艺进行研究。

1 工程概述

本文所研究煤矿为单一斜构造，工作面煤层呈东南-西北走向，煤层倾角范围为58°~70°，平均倾角为65°，属于急倾斜煤层。49407 工作面走向长度为1 817 m、倾斜长度为187.4 m、面积为340 505.8 m2，该工作面所采9 号煤层裂隙发育，结构简单，局部地段煤层下部夹0.2 m 的页岩或炭质页岩，厚度变化不大，属于稳定煤层。

煤层顶板（伪顶、直接顶、老顶）：描述煤层顶板岩石性质、层理、节理、厚度、强度（硬度）、顶板分类等情况及其变化情况。煤层顶底板情况如表1 所示。

最大涌水量25 m3/h，正常涌水量为0～5 m3/h。瓦斯绝对涌出量为2 m3/min，煤尘爆炸指数：21.33%、煤尘具有爆炸性，自燃倾向性等级：Ⅱ级，易自燃。

该工作面煤层属于急倾斜煤层，采用放顶煤开采工艺存在工作面布置困难且经济效益不佳的问题。因此，本文结合壁式放顶煤开采技术和巷道式放顶煤开采方式，针对该工作面煤层拟采用巷柱式放顶回采技术。

表1 49407 工作面煤层顶底板情况

2 巷柱式放顶煤开采工艺研究

针对急倾斜煤层的矿压特征及放顶采煤工艺的特点，巷柱式放顶采煤工艺仅需破煤、装煤以及运煤三道工序，无需对工作面的采空区进行支护和管理，大大节省了采煤流程，提升了采煤效率[2]。针对急倾斜煤层采用巷柱式放顶开采工艺主要包括破煤、装煤以及运煤三步骤。

1）所谓破煤工序，即采取某种措施破坏工作面煤层顶煤的应力平衡状态，使煤层破碎。由于巷柱式放顶采煤工艺不存在液压支架升降和移动的流程，因此缺少液压支架对煤层顶煤的初扰动力。因此，针对急倾斜煤层只可采用松动爆破技术，且能够有效解决煤层顶煤破碎和顺利冒落的关键技术为松动爆破技术。

2）针对急倾斜煤层巷式采煤工艺的装煤工序可进一步细分为爆破装煤、机械装煤以及人工装煤三个子工序。其中，爆破装煤时需采用单体液压支柱对其进行超前支护，并将爆破顶煤通过机械装煤工序中的遥控式侧卸装岩车装入刮板输送机运出。对于无法通过爆破和机械装煤工序运出的顶煤，需采用人工装煤工序运输[3]。

3）对于急倾斜煤层开采而言，可充分利用大倾角的优势，尽可能的采用自溜运输实现煤炭的运输，其主要运输设备为刮板运输机。

3 巷柱式放顶开采工艺的应用

3.1 巷道布置与支护

针对我矿地质、水文条件及煤层特征，采用后退式进行放顶煤回采工艺，该工作面煤层巷道的布置情况如图1 所示。

图1 煤层巷道布置情况示意图

3.2 回采工艺参数的确定

3.2.1 工作面参数的确定

该急倾斜工作面煤层采用巷柱式放顶煤开采工艺的回采煤量为顶板和底板范围之内所有煤炭。该工作面煤层厚度为8 m，则工作面推进1 m 后所获得的回采煤量约为170 t。鉴于工作面在破煤和装煤工艺均是通过刮板输送机完成运煤任务的，该刮板输送机一节溜槽的长度为1.5 m，则将工作面循环推进的距离为1.5 m。所选刮板输送机每循环推进1.5 m 可得回采煤量为255 t。

3.2.2 破煤工艺参数的确定

破煤工序作为回采工艺的重要环节，其参数的确定直接决定工作面煤层冒落效率[4]。经理论计算和核算的基础上，该工作面煤层的炮眼布置情况如图2 所示。

如图2 所示，工作面煤层共有7 个炮眼。其中，煤层顶板共有5 个炮眼，底板共有2 个炮眼。每个炮眼的具体参数如表2 所示。

图2 煤层工作面炮眼布置示意图

表2 工作面炮眼参数

3.2.3 装煤工艺参数的确定

急倾斜煤层工作面的装煤工序分为爆破装煤—机械装煤—人工装煤三个子工序。爆破的顶煤通过40T 刮板输送机运出。其中，爆破煤层安息角大于45°的顶煤大部分通过40T 刮板输送机运出；爆破煤层安息角小于45°的顶煤大部分通过ZC-3B 装岩机装入刮板输送机运出工作面[5]。

此外，为提升爆破所得的煤炭尽可能的全部运出工作面，除爆破装煤和机械装煤外的顶煤，还需通过人工装煤方式运出工作面。

4 结语

我国地域辽阔煤矿所处地质、水文以及煤层特点各不相同，本文着重对急倾斜煤层的采煤工艺进行研究。在结合壁式放顶采煤和巷式放顶采煤工艺的优势的基础上，针对急倾斜煤层采用巷柱式放顶采煤工艺，对其工作面回采工艺、爆破工艺中的炮眼深度、倾角以及位置等参数以及装煤工艺中进行设计，为急倾斜煤层的开采，提高工作面煤层的回采率提供指导。