大傾角煤層開采方法探析

摘要:目前，開采構(gòu)造復(fù)雜煤層是許多礦井經(jīng)常遇到的實(shí)際問題。因此，探討構(gòu)造復(fù)雜煤層的采煤方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。筆者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大傾角煤層開采方法進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞: 構(gòu)造復(fù)雜；采煤；大傾角煤層

1大傾角煤層開采的特點(diǎn)

對(duì)于大傾角煤層的開采具有以下特點(diǎn)：

由于煤系地層受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的擠壓，煤層頂?shù)装逶馐芷茐牡某潭认鄬?duì)比緩傾斜煤層大，因而頂?shù)装鍘r石的層理與原生裂隙較發(fā)育，較易冒落；與緩傾斜煤層相比，由于煤層傾角大，普通支架的穩(wěn)定性差；與急傾斜煤層相比，由于煤層傾角小，柔性掩支架的穩(wěn)定性差，易啃底而不易下放；當(dāng)煤層厚度較大時(shí)，柔性掩支架的結(jié)構(gòu)尺寸受到限制，帶來啃底、穩(wěn)定性不好等問題；破落下來的煤巖會(huì)自動(dòng)下滑，有利于工作面煤炭運(yùn)輸，但煤巖塊的自動(dòng)滾落容易傷人和沖倒支架，對(duì)作業(yè)安全不利；由于垮落矸石從上向下滾落，可對(duì)下部采空區(qū)起充填作用，但冒落帶漏斗狀明顯影響地表及巖層運(yùn)動(dòng)；開采傾斜煤層時(shí)，對(duì)煤層自然發(fā)火的防治比較困難。當(dāng)采空區(qū)已經(jīng)發(fā)火時(shí)，往往難以隔離處理。特別在開采下區(qū)段時(shí)，上區(qū)段采空區(qū)的火源會(huì)冒落到下區(qū)段。

2 大傾角煤層主要采煤的采法分析

2.1 偽斜柔性掩護(hù)支架采煤法

偽斜柔性掩護(hù)支架采煤法是我國開采大傾角煤層的一種主要方法，它的主要特點(diǎn)是：工作面沿煤層偽斜直線布置，沿走向推進(jìn)，用柔性掩護(hù)支架隔離采空區(qū)和采煤工作面，工作人員在柔性掩護(hù)支架的保護(hù)下進(jìn)行采煤工作?；夭赏了囍饕兄Ъ馨惭b、支架的下放以及支架拆除三個(gè)環(huán)節(jié)。正?；夭善陂g主要有三項(xiàng)工作同時(shí)進(jìn)行：在區(qū)段回風(fēng)平巷內(nèi)不斷接長掩護(hù)支架，在工作面下端不斷拆除掩護(hù)支架，在掩護(hù)支架下采煤。掩護(hù)支架工作面目前一般采用爆破落煤，所以掩護(hù)支架工作面采煤包括打眼、裝藥、放炮、鋪溜槽出煤和調(diào)整掩護(hù)支架等工作。

回采巷道的布置方式使這種采煤方法具有傾斜和緩傾斜走向長壁采煤法巷道布置生產(chǎn)系統(tǒng)簡單、掘進(jìn)率低，回采工作連續(xù)性強(qiáng)、通風(fēng)條件好等一系列優(yōu)點(diǎn)。柔性掩護(hù)支架把工作空間與采空區(qū)隔開，不僅大大簡化了繁重復(fù)雜危險(xiǎn)的頂板管理土作，也給工作面的采煤工作創(chuàng)造了良好的安全條件。偽斜柔性掩護(hù)支架采煤法也存在一些缺點(diǎn)，需要進(jìn)一步改進(jìn)。其中主要的有兩方面：即支架的結(jié)構(gòu)性能和機(jī)械化問題。掩護(hù)支架對(duì)煤層厚度，傾角變化的適用性比較差，改進(jìn)掩護(hù)支架在這兩方面的適應(yīng)性可以減少煤炭損失，擴(kuò)大掩護(hù)支架采煤法的適用范圍。

2.2 斜坡陷落采煤法

斜坡陷落法的核心實(shí)質(zhì)就是以傾斜巷道為主要布置形式，以煤體的自然陷落為主要落煤方式。此法不僅普遍應(yīng)用于急傾斜厚及特厚煤層，在急傾斜薄及中厚煤層和緩傾斜、傾斜的厚煤層中也有應(yīng)用。

巷道布置方式是從底板運(yùn)輸巷每隔100-150m掘鑿?fù)该菏T，然后在石門內(nèi)距煤層7-8m處掘巖石上山透回風(fēng)水平的采區(qū)石門，再沿巖石上山每隔20-30m掘透煤小斜坡，再沿煤層走向兩翼掘偽斜坡抵達(dá)采區(qū)邊界后，開袖后退回采。

在斜坡陷落采煤法中，采煤工作面有其特定的概念，它不同于壁式，回采時(shí)有相當(dāng)?shù)拈L度和人為控制的高度。也不是一個(gè)連續(xù)向前推移的面。它實(shí)際只是一個(gè)空間，在這個(gè)空間依靠煤的自然塌落或采用某種手段促其塌落，從而擴(kuò)大其面積，更主要是擴(kuò)展其高度。當(dāng)附近采空區(qū)的矸石竄入并填滿這個(gè)空間時(shí)，這個(gè)空間的采煤工作即告結(jié)束，換一個(gè)地方形成新的空間。

斜坡陷落法的優(yōu)點(diǎn):巷道布置及采煤工藝能適應(yīng)煤層條件(的變化，無需做大的變化或調(diào)整；充分利用煤層較松軟、易塌落的性質(zhì)，簡化落煤工藝及工作量；有生產(chǎn)潛力，可使產(chǎn)量有大幅度的增長。

斜坡陷落法的缺點(diǎn):回采率低，達(dá)不到國家規(guī)定；工作地點(diǎn)狹小，粉塵量高，主要作業(yè)地點(diǎn)都是局扇通風(fēng)；仍有大量的笨重體力勞動(dòng)。

2.3 俯偽斜走向長壁分段密集采煤法

俯偽斜走向長壁分段(水平)密集采煤法的主要特點(diǎn)是:直線長壁工作面按俯偽斜方向布置，沿走向推進(jìn)，用分段水平密集切頂擋矸隔離采空區(qū)與回采空間，工作面分段打眼放炮落煤，煤炭自溜運(yùn)輸。

俯偽斜走向長壁分段密集采煤法對(duì)大傾角煤層開采的適應(yīng)性強(qiáng)，工作面俯偽斜直線布置，變大傾角為偽傾斜開采，減小了回采工作面傾角，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化采煤，避免了煤壁片幫傷人，工作面可鋪溜運(yùn)煤，煤流的方向和速度的可控制，煤炭不易竄入采空區(qū)造成損失。采用分段走向密集支柱切頂擋矸，工作面上下分段可同時(shí)回柱放頂平行作業(yè)，充分利用時(shí)間、空間，提高了工作面的有效利用率，工效可提高40％－200％。工作買你推進(jìn)速度快，單產(chǎn)高，工作面可采用單體液壓支柱，能適應(yīng)煤層厚度變化，工人在工作面作業(yè)方便、安全，工作面運(yùn)料方便，可減少瓦斯突出的威脅。

采用分段走向密集對(duì)工作面礦壓控制有明顯改善。走向密集阻截的采空區(qū)矸石，在采場與頂板冒落區(qū)之間形成了一個(gè)自然充填帶。所以工作面無明顯周期來壓。根據(jù)現(xiàn)場礦工作面礦壓觀測資料，采用俯偽斜走向長壁采煤法時(shí)工作面頂?shù)装逑鄬?duì)移近量比相同條件下采用其它采煤方法時(shí)小，因而工作面支柱的損耗和維修量也小。

同時(shí)走向密集支柱的采用也帶來這種采煤法的主要缺點(diǎn): 工作面支、回柱工作量較大，而且工人操作不方便，分段走向密集下方的\"三角區(qū)\"通風(fēng)條件差，易積存瓦斯；區(qū)段煤柱損失較大，約占區(qū)段煤量的15%左右。

俯偽斜走向長壁分段密集采煤法適用于傾角350 -750、頂板中等穩(wěn)定、煤壁易片幫、厚度不超過2.0m的穩(wěn)定或不穩(wěn)定煤層，或不宜采用偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法的不穩(wěn)定大傾角薄及中厚煤層。

2.4 斜臺(tái)階采煤法

斜臺(tái)階采煤法的采場煤壁形狀也是臺(tái)階狀，但是其上下臺(tái)階超前位置關(guān)系與倒臺(tái)階采煤法正好相反，即上臺(tái)階超前于下臺(tái)階；并且兩相鄰臺(tái)階間以300的偽斜小巷相連整個(gè)采場(及其煤壁)呈偽斜的正臺(tái)階狀。

斜臺(tái)階采煤法的整個(gè)工作面由沿真傾斜的短壁工作面和偽斜小巷依次相間連結(jié)而成，整個(gè)采場呈偽斜正臺(tái)階狀。因此這種采煤方法，既吸取了偽傾斜掩護(hù)支架采煤法的優(yōu)點(diǎn)，消除了倒臺(tái)階采煤法工人可能掉入采空區(qū)的不安全因素，又吸收了倒臺(tái)階采煤法對(duì)斷層、煤厚、傾角適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)和水平分層(以及斜切分層)采煤法鋪設(shè)假頂隔離采空區(qū)并便于處理矸石的優(yōu)點(diǎn)。

采空區(qū)處理方法對(duì)整個(gè)工作面而言是全部垮落法，而對(duì)于下部的短面則是矸石充填法。因煤壁整體偽斜，沿走向頂板的支承壓力傳遞穩(wěn)定，縮短了工作面真傾斜方向控頂?shù)拈L度，減少了頂?shù)装宓幕瑒?dòng)，從而改善了采場頂?shù)装宓氖芰顟B(tài)，增加了頂板的穩(wěn)定性，頂板壓力小，無明顯周期來壓現(xiàn)象，提高了工作面的安全可靠性。用假頂隔離采空區(qū)，落煤損失少，不僅提高了煤炭回收率而且有利于防止采空區(qū)自然發(fā)火。斜臺(tái)階采煤法巷道布置簡單，掘進(jìn)率低。

2.5 長孔爆破采煤法

長孔(或深孔)爆破采煤法在巷道中打長(深)孔爆破落煤，實(shí)質(zhì)是加大(小分段爆破采煤法中的)小分段平巷或(斜坡采煤法中)回采斜坡的間距，用以提高這類采煤方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。長孔爆破采煤法與普通炮采的經(jīng)濟(jì)效益比較。采用長孔爆破采煤法、工人不進(jìn)入回采工作面，主要是在巷道內(nèi)利用有關(guān)機(jī)具打眼、裝藥和放炮，回采工藝簡單，工作安全，勞動(dòng)強(qiáng)度低，占用人員少，回采工效高，坑木消耗少，噸煤成木低)。機(jī)械設(shè)備和工藝簡單，投資少、上馬快。

這種采煤方法可用于開采不規(guī)則煤層和無上風(fēng)巷的煤層，以及0.3- 0.4m的極薄煤層，因此可提高回采率。這種采煤方法的頂板管理不夠完善，爆破后煤炭自溜，易混入矸石，回采率也較低，部分乏風(fēng)進(jìn)入采空區(qū)，不利于通風(fēng)管理。長孔爆破采煤法一般適用于煤層傾角大于450，煤厚大于1.0m，頂?shù)装灞容^堅(jiān)硬，無煤塵爆炸危險(xiǎn)的低瓦斯礦井。

結(jié)束語

采煤方法和工藝的進(jìn)步和完善始終是采礦學(xué)科發(fā)展的主題。采煤工藝的發(fā)展將帶動(dòng)煤炭開采各環(huán)節(jié)的變革，現(xiàn)代采煤土藝的發(fā)展方向是高產(chǎn)、高效、高安全性和高可靠性，基本途徑是使采煤技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合，在發(fā)展現(xiàn)代采煤工藝的同時(shí)，繼續(xù)發(fā)展多層次、多樣化的采煤工藝，建立具有我國特色的采煤工藝?yán)碚摗?/p>

參考文獻(xiàn)

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