急倾斜煤层开采新方法的探索与应用

彭志文

（湖南煤业集团宝源矿业公司，湖南 资兴 423404）

湖南煤业集团宝源矿业公司北平硐煤矿进入深部开采后，煤层的产状（煤层的走向、倾向、倾角）和厚度以及矿井地质构造等影响煤层开采的主要因素均发生了很大变化，很多采区的煤层均由浅部的缓倾斜或倾斜煤层变成了急倾斜煤层，厚度也由中厚煤层变成了薄煤层。传统的急倾斜煤层采煤方法大多为倒台阶工作面走向长壁采煤法、伪倾斜上行矸石充填采煤法、伪倾斜柔性掩护支架采煤法、水平分层及斜切分层采煤法[1-2]。这些采煤方法大多采煤巷道系统及回采工艺比较复杂，布置工作面的巷道工程量大、成本高[3-4]，对像宝源矿业公司这样之前没有从事过急倾斜煤层开采的矿井来说，安全管理难度大。为此，对急倾斜薄及中厚煤层的采煤方法进行了探索，将传统上用于缓倾斜煤层开采的采煤方法应用于急倾斜煤层开采，经过不断地摸索改进，形成了急倾斜煤层正倾斜走向长壁后退式采煤法。这种采煤方法不仅巷道布置系统简单，巷道掘进工程量少，成本低，而且工作面产量、劳动生产率及煤炭回收率均有所提高，同时便于安全生产管理，取得了较好的经济技术效果。

1 采煤系统

1.1 巷道布置

急倾斜煤层正倾斜走向长壁后退式采煤法巷道布置简单，与缓倾斜煤层或倾斜煤层开采时的巷道布置完全相同。巷道布置方式如图1所示。

图1 急倾斜煤层正倾斜走向长壁后退式工作面巷道布置

在巷道布置时，当区段上下石门见煤后，在区段上下分别沿煤层走向掘回风巷和运输巷，到采区边界后，由运输巷向上沿煤层正倾斜掘切眼。

1.2 工作面长度确定

由于急倾斜煤层倾角较大，为便于安全生产管理，设计工作面斜长时应根据煤层坡度大小来定，一般不超过80m。当坡度大于55°时要适当缩短，以70m左右为宜，以便合理地进行劳动组织，减轻每班各工序的工作量，保证正规循环作业，实现安全生产。

1.3 回采工艺

工作面采用钻眼爆破落煤，单体液压支柱带帽点柱支护（顶板较坚硬完整稳定地段），也可采用“一梁二柱”平行于工作面的倾斜（顺山）棚子支护（顶板局部较破碎地段）。工作面的控顶方式与作业形式相配套，一般采用“三五排控顶”或“三四排控顶”，第一排支柱要紧靠煤壁支护，靠老塘侧的那排支柱为特殊支护，采用密集支柱形式，用于隔离采空区的冒落矸石。顶板管理方法为全部垮落法管理顶板。

2 优缺点比较

急倾斜煤层正倾斜走向长壁后退式采煤法的优点是巷道系统及回采工艺比较简单，工作面布置成本低，生产时工作面作业空间大，作业环境好，对煤层的赋存条件适应性较强。如煤层厚度可在0.8～1.5m间变化，煤层倾角可在45°～80°间变化，工作面局部出现一些小的断层也可正常回采，对生产影响不大。因此这种采煤法与伪倾斜柔性掩护支架采煤法相比，更能适应煤层的倾角、厚度及小断层、褶曲等发生变化的情况，作业人员更容易掌握安全技术操作要点，因而能实现安全与高产高效回采目标。

缺点是这种采煤方法只适合开采煤层顶底板中等稳定的薄及中厚煤层（煤层厚度一般不宜超过1.5m），从安全管理的角度来考虑，对顶底板破碎或煤层厚度大于1.5m以上的中厚或厚煤层不宜采用此种采煤法。因为在大倾角条件下，如果煤层顶底板破碎不稳定，则工作面顶板管理就非常困难。煤层厚度超过1.5m后，由于配套使用的支柱规格相应的要加高，支柱本身的重量也会加重，作业人员在大坡度工作面搬运支柱就更加困难，放顶作业与煤壁片帮的安全风险也会加大。

3 工作面生产组织

3.1 工作面循环作业方式、控顶方式的选择

应根据各生产连队的劳动力配备及所采工作面的具体情况（如工作面的长度、煤层赋存条件、地质构造复杂程度等因素）而定，一般采用“两采一准”，即为两班采煤，一班准备，循环方式为每日一循环，采煤班每班推进0.8～1.0m，日循环进度为1.6～2.0m。这种作业方式，工作面的控顶方式一般为“三五排控顶”。如果采煤队伍配备的劳动力较少或工作面的煤层赋存条件非常复杂，安全管理难度大，也可以采用“一采一准”的作业方式，循环方式为每日一循环，循环进度为0.8～1.0m，工作面的控顶方式可改为“三四排控顶”。

3.2 工作面各工序安排和劳动组织形式

为使工作面中的各工序在时间及空间上合理配合，劳动力组织和调配更为合理，从而保证工作面安全高效生产，工作面如打眼和放顶等部分工序在采取安全措施的情况下可实行分段作业的形式。但最多只能允许将工作面划分为上下两段，每段1个作业组，两段之间必须打牢安全挡，两个作业组必须保持30m以上的安全距离。放炮、攉煤等工序严禁分段平行作业。

3.3 工作面山势控制

工作面原则上要采成正倾斜，这样既便于煤炭自溜，减少煤炭溜入老塘，提高煤炭回收率，又可降低煤壁发生片帮和老塘串矸的风险。

3.4 工作面防滑措施

由于工作面坡度大，人员在工作面中上下行走不便，所以要在人行道每两根支柱之间用一定规格的厚木板（长×宽×高：1200mm×150mm×30mm）铺设踏板，以便作业人员操作和行走。踏板还可起到阻止上部大块的煤矸往下滚落伤人的作用。

3.5 工作面的支护方式

根据煤层顶底板的稳定性确定工作面的支护形式：

（1）如果顶底板都比较坚固稳定，可只用单体液压支柱打带帽点柱支护。

（2）如果局部顶板比较破碎，应采用方木或半圆木架设“一梁二柱”顺山棚的支护形式。如果底板也比较松软破碎有滑动的危险，还应铺设底梁。

采用这两种支护方式时，工作面所有支柱均应打成对山并有3～5°迎山角以抵抗顶板向下的滑移。工作面一般不宜采用单体液压支柱配金属悬臂梁或∏型梁支护。

3.6 工作面打支柱要点

工作面打支柱时，采取由下往上逐根架设。为防止打液压支柱时支柱移动，每根支柱必须用薄木板下好地垫。为防止工作面的单体液压支柱失效倒柱伤人，要求单体液压支柱初撑力必须达到90kN以上，每班进行二次注液。每支一根支柱，即用特制的小钢丝绳连锁一根。作业中，要加强对工作面内支柱的检查，严禁存在有支柱倒地或支柱不连锁的现象。

3.7 防止老塘串矸措施

为防止老塘串矸，切顶线采用密柱支护形式，柱距不大于300mm，一般每空支2根密柱，同时还要沿切顶线挂好挡矸帘或塑料网挡矸。

3.8 防煤矸滚落伤人措施

为防煤矸滚落伤人，工作面每隔5～10m必须设置一道挡矸档，挡矸档高度不小于0.6m。

3.9 放炮与攉煤措施

放炮作业只能由下向上进行，每次放炮长度5～10m。当顶板破碎或有裂隙及地质变化带时，每次只能放1～2个炮眼。每次放炮后，应安排专人（1个组）对煤帮、顶板及支护进行全面检查，按由上往下的顺序依次进行，挖掉松动的伞檐煤矸，攉煤严禁平行作业。

3.10 工作面回柱放顶措施

放顶最多只能分2个作业组，上下作业组交口处必须沿走向打1排密集支柱作为挡矸档。密柱沿走向方向长度为3.5m，支柱必须打成对山并迎山有力，密柱上方用长木板背好，长木板规格：长×宽×厚：2000mm×200mm×30mm，挡矸档高度为煤层采高。

4 结论

宝源矿业公司北平硐煤矿急倾斜煤层正倾斜走向长壁后退式采煤法在急倾斜薄中厚煤层开采中的成功应用，是当前急倾斜煤层采煤方法的一种新的突破，为同类赋存复杂条件的急倾斜煤层的开采提供了新的经验。