復雜型急傾斜煤層的開采技術研究

許福寶

摘 要：礦井開采深度增加的同時，也增加了煤礦地質條件的復雜程度，尤其對于急傾斜煤層而言，其本身開采難度較大，地質條件的惡化使得開采難度直線增加，原有的開采技術也凸顯出不適應性，需要進行相應地調整。文章結合南方某復雜型急傾斜煤層的開采，分析了其地質條件及原斜坡中深孔爆破采煤法的不足，提出可行的偽傾斜斜坡短壁采煤法，并就其主要技術參數(shù)及安全管理措施進行分析，實踐證明，新開采技術效果良好。

關鍵詞：復雜型急傾斜煤層；偽傾斜斜坡短壁采煤法；技術參數(shù)；管理措施

中圖分類號：TD823.21 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0169-01

1 工程概況

井田范圍內褶曲與斷層極為發(fā)育，礦體整體呈一背斜狀態(tài)，傾角向南東傾伏。南方某煤礦主采煤層平均埋深在430 m，煤層傾角在46～60 °，平均為49 °，為急傾斜煤層。主采煤層厚度在0.9～2.2 m，均厚為1.6 m，煤質堅硬。回采工作斜長為85 m，傾角在50 °以上。礦井原采煤方法為斜坡中深孔爆破采煤法，但隨著開采水平的延伸，煤礦開采地質條件愈加復雜，頂板易垮落，工作面推進過程中遇小斷層與錯動層頻率較高，使得原設計采煤方法中在實際開采中問題頻出，亟待進行開采工藝的調整。

2 復雜型急傾斜煤層的開采技術

2.1 偽傾斜斜坡短壁采煤法

偽傾斜斜坡短壁采煤法是在斜坡采煤工藝基礎上改進得到的采煤技術，通常是指在急傾斜煤層中依據(jù)一定的垂直高度，通過成組的偽傾斜巷道（即回采斜坡），將煤層劃分成若干條斜形開采帶；在留有一定厚度頂煤的基礎上，通過爆破法對煤炭資源逐層地進行回采，落煤由傾斜的巷道直接自溜到運輸巷煤倉中，從而實現(xiàn)采區(qū)內煤炭的無動力輸送，構成較簡便的采煤工藝。

2.2 開采技術參數(shù)

此種采煤方法需要順槽的數(shù)量較多。同時，由于工作面開采采用短壁開采方式，爆破落煤中要求制定適宜的爆破技術，包括炮眼打設、裝藥等放炮工藝。鑒于礦井井下工作人員普遍不高，原有爆破工藝技術已經(jīng)較為成熟，為節(jié)省礦井成本，決定沿用先前生產(chǎn)習慣與技術參數(shù)。偽傾斜斜坡短壁采煤法有其自身的特點與技術要求，施行過程中必須注重各個環(huán)節(jié)的技術參數(shù)。偽傾斜開順槽方式為：首先工作面主斜坡仍然沿著煤層方向布設，主斜坡傾角控制在24～25 °，主斜坡邊界需與工作面邊界重合；沿著主斜坡方向，每間隔一定距離（25～30 m）挖掘分斜坡，分斜坡挖掘角度應控制在26 °以上，依次挖掘分斜坡直至工作面邊界；煤層開采順勛應遵循自上而下的原則，從上往下依次開采各分斜坡工作面。工作面回采過程中，為保證開采的連續(xù)性，兩個工作面往往同時進行回采。

偽傾斜斜坡短壁采煤法中落煤采用放炮形式，要求多打炮眼、少裝藥，盡可能避免放炮過程中對頂板的擾動，保證工作面在回采過程中頂板與圍巖最大程度的完整性和穩(wěn)定性。在開采同一位置中，應盡可能縮減傾斜面斜長（縱切面方向）。煤體在斜坡中的力矩可用下式計算：

M=GL縱·sinα

其中：M為力矩；G為煤體所受重力，G=mg；L縱為斜坡上某一采點的斜長。

分析上式可知，L縱反映鉛錘方向與沿層面的破壞程度，其值越小越有利于頂板的穩(wěn)定，降低頂板沿傾斜方向冒落情況的發(fā)生率。在施行偽傾斜斜坡短壁采煤法中，為減少頂板冒落矸石溜入工作面，工作面支護需額外注意，在原有支護設備基礎上進行改進，以適應新采煤方法的變化。

2.2 工作面落煤及支護

①工作面落煤主要采用爆破方式進行，其落煤效果與爆破參數(shù)的設定有著直接的關系。設定爆破參數(shù)主要考慮兩方面的因素，即落煤效果與頂板穩(wěn)定性，參數(shù)制定需在二者之間取得最佳值。在偽傾斜開采過程中，炮眼的水平角度應控制在10°左右，盡量使爆破的最小抵抗線介于兩點柱之間；同樣保證盡可能多打炮眼，裝藥量要少，降低爆破對頂板及圍巖的擾動，避免崩壞支護點柱。炮眼的垂直角度應控制在3～5 °范圍之內，定眼不穿過頂板；底角炮眼角度要小于5～15 °。爆破形式最好采用毫秒延期雷管進行引爆，也可結合礦井實際條件進行調整。

②為提高煤層開采過程中的安全性與可操作性，需調整原有的頂板管理方案。由于急傾斜煤層工作面開采中應力集中主要出現(xiàn)在鉛錘方向以及沿層面的方面，因此可選擇戴帽點柱的方式進行支護，點柱底部要進行削尖處理；同時，為了減少控頂距離，應合理分配點柱的間排距，原則上控制在800×800 mm。頂板條件惡劣地段進行加強支護，增加點柱支設密度，選用多柱或者叢柱進行支護。工作面采用“單密控頂，雙密切頂”方式進行管理，偏幫區(qū)域需采用貼幫支護與剎幫方式進行處理，綜合采用多種方式，確保工作面頂板及圍巖的穩(wěn)定性。

2.3 技術安全管理措施

除了對原開采工藝進行改造優(yōu)化，還需對技術管理措施進行相應的調整。技術管理制定的方針要以煤礦安全規(guī)程作為主要參考依據(jù)，盡可能提高循環(huán)作業(yè)的效率，實施平行作業(yè)方式。以工作面平行作業(yè)為前提，合理安排各工序的時間與銜接，在確保本職工作的基礎上，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)之間的有效協(xié)作，確保整個開采循環(huán)過程的順利完成。除此之外，還要設立完善的質量監(jiān)督機制，保證每班都安排有質量檢查人員，確保工作面支護與開采的正常進行。

3 工藝施行效果分析

礦井采用偽傾斜斜坡短壁采煤法之后，工作面煤炭資源開采中并未出現(xiàn)頂板漏矸等安全事故，減少了原采煤方法中的丟煤、壓煤和掛煤問題，避免了采區(qū)孤島煤柱等資源浪費情況的出現(xiàn)，最大程度地提高了礦井資源回收率；同時，煤礦制定了較為完善的技術安全管理措施，通過嚴密的勞動組織來實現(xiàn)工作面的正常循環(huán)。

工作面輔助支護搓成采用點柱以及木板背幫，控制工作面頂?shù)装逡约吧厦簬兔后w的穩(wěn)定性。在斜坡短壁采煤法中，采空區(qū)管理方式采用分區(qū)管理，工作面開采過后留下的采空區(qū)面積較小，有利于采空區(qū)頂板的管理，降低了采空區(qū)支護材料消耗量；并且此種方式改善了原有爆破采煤壓煤、掛煤等問題，避免了工人在支護不良采空區(qū)耙煤操作，提高了工作面開采的安全性。

4 結 語

斜坡采煤法是由傾斜煤層中的小階段爆破采煤法以及分層放頂采煤法相互結合而逐漸形成的。這種方法對于多褶曲與多斷層復雜構造地層中的不穩(wěn)定、多變化煤層的開采有著極好的適應性，特別是在急傾斜煤層、雞窩狀煤層等復雜開采煤層，無法使用機械長壁采煤法和支架掩護采煤法的條件下均可獲得良好的應用。正是由于其對復雜地質環(huán)境優(yōu)良的適應性，使得其在我國南方諸多復雜煤田的開采中得到了廣泛的使用。在實際應用中，需根據(jù)礦井地質條件以及煤礦現(xiàn)有設備的情況，相應地調整開采技術參數(shù)，確保礦井安全，提高煤炭回收率。

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