急傾斜煤層綜采方法的合理選擇與實現(xiàn)安全高效的途徑

王耀宇

（中國平煤神馬能源化工集團有限責(zé)任公司質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督中心 河南 平頂山 467000）

0 概述

急傾斜煤層開采方法一直是采礦技術(shù)中的難題。我國急傾斜煤層開采技術(shù)的改革和發(fā)展，人們長期對急傾斜煤層機械化開采作出了不懈的努力和探索，并取得了可喜的進(jìn)展，不斷淘汰落后的采煤方法。隨著急傾斜煤層綜采開采技術(shù)的不斷發(fā)展。使的急傾斜煤層綜采單產(chǎn)不斷提高，我國現(xiàn)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。現(xiàn)我國采用水平分層綜采放頂煤、巷柱-水平分層綜采放頂煤，分別實現(xiàn)單產(chǎn)達(dá)到200萬噸/個/年、150萬噸/個/年的水平；采用傾斜走向長壁綜采放頂煤、傾斜走向長壁偽斜布置綜采一次采全高，單產(chǎn)4-6萬噸/個/月的水平；對于70°的急傾斜薄煤層采用刨運綜采機組開采。本文就根據(jù)急傾斜煤層的賦存條件合理選擇綜采采煤方法。實現(xiàn)礦井安全高效，并就其制約因素探討解決的途徑。

1 急傾斜煤層綜采的采煤方法

現(xiàn)我國根據(jù)不同煤層厚度等賦存條件，急傾斜煤層綜采開采方法有：①水平分層綜采放頂煤；②巷柱-水平分層綜采放頂煤；③傾斜分層（改變傾角）走向長壁綜采放頂煤；④傾斜走向長壁變線布置綜采放頂煤；⑤傾斜分層走向長壁綜采放頂煤；⑥傾斜走向長壁偽斜布置綜采一次采全高；⑦巷柱式綜采放頂煤采煤法。

2 急傾斜煤層綜采適應(yīng)條件

2.1 急傾斜水平分層綜采放頂煤采煤法

采用水平分層走向長壁后退式采煤。低位放頂煤綜采，用全部垮落法管理頂板。巷道布置：工作面進(jìn)回風(fēng)巷及開切眼均布置在同一標(biāo)高的煤體中，進(jìn)、回風(fēng)巷沿煤層頂、底板布置。

適應(yīng)于煤層厚度大于20m；煤層f≥0.8的；在采面走向長度范圍內(nèi)厚度基本無變化，無落差較大的斷層，煤層穩(wěn)定；近距離（層間距在3.0m以下）急傾斜煤層，采用聯(lián)合布置。

急傾斜水平分層短壁綜采放頂煤綜采工作面，現(xiàn)多采用輕型放頂煤液壓支架，工作面短；①輕型放頂煤液壓支架采高一般在2.5m，頂煤可放高度小，循環(huán)采放產(chǎn)量低，造成工作面單產(chǎn)低、工效率低；②液壓支架工作助力小，不利于放頂煤，影響頂煤可放高度；③由于采放高度低，萬噸掘進(jìn)率高，造成接替緊張；④增加采放高度，在底板巷采取超前預(yù)裂爆破，當(dāng)煤質(zhì)較硬時，有時爆破效果不佳時，存在被迫架頂深孔預(yù)裂爆破的不安全問題；⑤制約采放高度的關(guān)鍵是綜采設(shè)備的性能、煤體軟化預(yù)裂技術(shù)。

2.2 巷柱-水平分層綜采放頂煤采煤法

將一定階段高度的煤層劃分為上、下兩個分層工作面，下分層工作面布置超短水平分層綜采放頂煤工作面，上分層布置巷放工作面，兩工作面共用一個放煤工作面，綜放面回風(fēng)巷、運輸（進(jìn)風(fēng)）巷、在分段底部沿煤層頂、底板布置，在上分層的底部布置煤層弱化工藝巷。采用“一進(jìn)兩回”通風(fēng)方式，利用工藝巷完分段對進(jìn)行頂煤弱化，增加采放高度，大段高集約化壁式開采。將巷柱式放頂煤開采技術(shù)的垂直集中與綜采放頂煤開采技術(shù)的橫向集中生產(chǎn)的優(yōu)勢結(jié)合起來，提高效率。

適用于煤層厚度在10m-30m，利用工藝巷頂煤預(yù)裂問題，增加采放高度，增加循環(huán)產(chǎn)量；在采區(qū)走向長度范圍內(nèi)厚度基本無變化，無落差較大的斷層，煤層較穩(wěn)定。用于中軟（f≥0.8）的煤層；對于急傾斜煤層首采綜放面，頂板難以垮落，利用工藝巷對頂板進(jìn)行爆破；關(guān)鍵是提高頂煤軟化技術(shù)的安全問題。

2.3 傾斜分層（改變傾角）走向長壁綜采放頂煤

工作采取傾斜走向布置，進(jìn)回風(fēng)巷布置為：回風(fēng)巷沿煤層底板布置，運輸巷沿頂板布置；將急傾斜煤層綜放工作面傾角改變成緩傾斜綜放工作面，增加綜放工作面的采長、儲量。綜放工作面傾角在傾角25°以下技術(shù)是成熟的。

適用于煤層厚度≥25m，煤層傾角在45°～50°范圍；煤層厚度≥30m，煤層傾角在 50°～60°范圍；f≥0.8 的煤層；采放高 10m～14m；煤層賦存穩(wěn)定，在采面走向長度范圍內(nèi)厚度基本無變化，無落差較大的斷層。

2.4 傾斜走向長壁變線布置綜采放頂煤

工作采取傾斜走向布置，進(jìn)回風(fēng)巷布置為：回風(fēng)巷沿煤層底板布置，運輸巷沿頂板布置；工作面總體上是順煤層底板傾斜布置，在靠近下端頭區(qū)域采取變線方式逐漸改變角度，至端頭巷道處完全呈水平狀。即：工作面采用水平-圓弧-傾斜-水平布置方式，工作面垂直與巷道走向。端頭、端尾支架水平放置，解決了工作面上下端頭大傾角的影響，為下一區(qū)段工作面回風(fēng)巷道布置在卸壓區(qū)和瓦時釋放及三角煤回收創(chuàng)造了條件。

2.5 傾斜分層走向長壁布置綜采一次采全高的采方法

對于具有煤與瓦斯突出厚煤層采取傾斜分層走向長壁布置綜采一次采全高的采方法。通常此方法用于首分層，根據(jù)煤層厚度分層開采；在抽放達(dá)標(biāo)、“消突”的前提下，下分層采用急傾斜分層走向長壁變線布置綜采放頂煤；

適用于：煤層硬度f≥1.5的煤層；煤層賦存穩(wěn)定，在采面走向長度范圍內(nèi)厚度基本無變化，無落差較大的斷層；煤層頂板：2類以上中等穩(wěn)定頂板；煤層底板要求：Pdm≤Pp；當(dāng)煤層厚度H≥20.0m時，煤層硬度f≥1.0的煤層；首分層采用急傾斜分層走向長壁布置綜采一次采全高（工作面傾角＜25°）；下部分層采用傾斜走向長壁變線布置綜采放頂煤。 采放高 10m～14m（工作面傾角＜25°）。

2.6 急傾斜走向長壁偽斜布置綜采一次采全高

在傾角一般在45°～60°的薄、中厚煤層中成功實現(xiàn)走向長壁綜合機械化采煤,采用國產(chǎn)設(shè)備實現(xiàn)生產(chǎn)，工作面傾斜長限制在120m以內(nèi)，并采用偽斜布置。

適用煤層厚0.7m～3.5m；煤層賦存穩(wěn)定，在采面走向長度范圍內(nèi)厚度變化不大，無落差較大的斷層；煤層頂?shù)装澹?類以上穩(wěn)定頂板；煤層底板要求：Pdm≤Pp；煤層硬度f值要求，應(yīng)隨采高增大而增大。

2.7 巷柱式綜采放頂煤采煤法

急傾斜煤層巷柱式綜采放頂煤采煤法，根據(jù)急傾斜煤層的礦山壓力與放頂煤的特點，回采工藝實際只有破煤、放煤、運煤三道工序，不用支護采空區(qū)和進(jìn)行頂板管理，相當(dāng)于少了兩道工序，使得工藝非常簡單。工人只在放煤巷內(nèi)作業(yè)，勞動強度輕。

巷柱式綜采放頂煤適用厚度在3.5～10m的急傾斜煤層，煤層厚度不穩(wěn)定的煤層；一般煤層傾角＞50°，煤層傾角越大效果越好；現(xiàn)裝備不能實現(xiàn)小班多循環(huán)作業(yè)；①運輸平巷液壓支架不能實現(xiàn)自移；②放煤量可控性不強，由于刮板運輸機運輸能力小，放煤集中易壓死；③運輸機、液壓支架移動靠絞車?yán)?，不能實現(xiàn)自移；④單產(chǎn)水平低。

3 急傾斜煤層綜采方法的合理選擇實現(xiàn)安全高效

根據(jù)煤層的賦存開采技術(shù)條件，選擇合適綜采采煤方法，并有效解決關(guān)鍵技術(shù)是實現(xiàn)急傾斜煤層礦井實現(xiàn)安全高效的關(guān)鍵。

水平分層綜采放頂煤、巷柱—水平分層綜采放、走向長壁傾斜分層（改變傾角）綜放開采。在綜采設(shè)備及工藝上需解決如下問題。①綜采設(shè)備采用大采高、大功率，具有快速移架的大工作阻力的液壓支架；②簡化短壁兩端工藝，采用巷道上下兩端超前支護串聯(lián)自移式液壓支架。有效解決和加強超前預(yù)裂爆破區(qū)域巷道的支護。

放頂煤端頭液壓支架,具有支撐強度高、移架速度快、人員操作安全便利、移架不受割煤影響等特點,可以解決放“三角煤”問題；③需研制和選擇配套適合短壁的大采高采煤機；④提高工作面超前深孔預(yù)裂爆破軟化技術(shù)、頂煤注水軟化煤體、底板三角煤爆破回收技術(shù)；⑤利用CO2物理爆破技術(shù),代替炸藥爆破,爆破全過程沒有火花外露，對高瓦斯礦井的爆破作業(yè),尤為安全。避免采用炸藥爆破所固有的危險性，在工作面對頂煤進(jìn)行深孔預(yù)裂爆破，提高預(yù)裂效果,增加采放高度。并擴大巷柱—水平分層綜采放頂煤采煤方法的應(yīng)用范圍。

走向長壁傾斜分層綜采放頂煤采煤方法，主要應(yīng)用在中型以上的礦井，煤層厚度在4.0～15m的急傾斜煤層，把緩傾斜煤層的回采工藝引入急傾斜特厚煤層，易于放頂煤，從增加循環(huán)產(chǎn)量，緩解接替緊張問題等，是急傾斜煤層采用走向長壁綜采，提高礦井整體效益的一種途徑。

具有煤與瓦斯突出厚煤層，主要解決降低掘進(jìn)率、減少掘進(jìn)工程量和確保掘進(jìn)安全，緩解礦井接替緊張的問題。采取傾斜分層走向長壁布置綜采一次采全高的采方法。通常此方法用于首分層，根據(jù)煤層厚度分層開采；并在抽放達(dá)標(biāo)、“消突”的前提下，下部分層采用急傾斜分層走向長壁變線布置綜采放頂煤；主要解決①增加瓦斯釋放的煤體的暴露面，增加瓦斯自然釋放量，起到開采解放層的目地；②高瓦斯、突出礦井減少巷道工程量，有利于安全管理；③解決接替緊張的問題；④減少礦下作業(yè)人員，提高工效。

巷柱式綜采放頂煤采煤法,根據(jù)煤層厚度，①采用大工作阻力串聯(lián)自移式支架，簡化工藝；加強巷道(超前預(yù)裂區(qū)域)的超前支護。放頂煤（端頭）液壓支架,具有支撐強度高、放煤量有效控制、移架速度快、人員操作安全便利（超前支架根據(jù)地質(zhì)條件，可選擇簡易超前支架，提高其靈活適應(yīng)性）；②在上巷采取提高預(yù)裂爆破軟化技術(shù)、超前頂煤注水軟化煤體、煤爆破回收技術(shù)。易于放頂煤，從而增加采放高度、循環(huán)產(chǎn)量，緩解接替緊張問題等；③利用C02物理爆破技術(shù)，在上巷對頂煤進(jìn)行深孔預(yù)裂爆破，并可以應(yīng)用到高瓦斯礦井，確保爆破安全；④運輸機采用橋式轉(zhuǎn)載機（配破碎機），與可縮皮帶機配合，實現(xiàn)小班多循環(huán)作業(yè)，提高單產(chǎn)水平。

隨著綜采裝備性能的提高和配備，頂煤安全軟化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，（1）在瓦斯、高瓦斯礦井、突出礦井（在瓦斯抽放達(dá)標(biāo)、“消突”的前提下），在急傾斜特厚煤層，采用水平分段綜采放頂煤和巷柱-水平分層綜采放頂煤，是急傾斜煤層開采方法的主要發(fā)展之一；（2）大型礦井、高瓦斯、突出礦井，在瓦斯抽放達(dá)標(biāo)、“消突”的前提下，根據(jù)煤層厚度等條件，選擇適合的傾斜分層（改變傾角）走向長壁綜采放頂煤、傾斜走向長壁變線布置綜采放頂煤、傾斜分層走向長壁綜采；（3）急傾斜煤層的厚度大部分在10m以下，并且賦存條件復(fù)雜的礦井。煤層厚度在3.5～10m，綜采巷道放頂煤采煤法為該類煤層的開采找到了一條有效的途徑。特別是在中小礦井，工序工藝簡單，用人少，工效高的特點，值得推廣應(yīng)用；（4）對于煤層厚度在1.3～3.5m的穩(wěn)定煤層，急傾斜走向長壁偽斜布置綜采一次采全高采煤方法；（5）對于煤層厚度在0.7～1.3m的穩(wěn)定薄煤層，隨著開技術(shù)的成熟，采用急傾斜薄煤層刨運綜采機組開采。

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