我國(guó)急傾斜煤層開(kāi)采方法應(yīng)用現(xiàn)狀

摘要：本文介紹了當(dāng)前我國(guó)急傾斜煤層開(kāi)采的四種主要模式及其開(kāi)采現(xiàn)狀，對(duì)急傾斜煤層開(kāi)采存在的主要問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的提高單產(chǎn)能力的方法。

關(guān)鍵詞：急傾斜煤層 走向長(zhǎng)壁采煤法 水平分段放頂煤

1 概況

急傾斜煤層是指煤層傾角在45度以上的煤層，根據(jù)煤層厚煤的不同，急傾斜煤層也可分為薄煤層、中厚煤層和特厚煤層[1]。

在我國(guó)煤炭探明儲(chǔ)量和年產(chǎn)量中，急傾斜煤層所占比例不到5%，但在新疆、青海、甘肅等邊遠(yuǎn)地區(qū)和四川、貴州、海南、福建等而言缺煤地區(qū)的產(chǎn)量中占有相當(dāng)比重，對(duì)這些省區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要作用[2]。據(jù)2000年統(tǒng)計(jì)，國(guó)有重點(diǎn)煤礦開(kāi)采急傾斜煤層的礦井?dāng)?shù)占17%，產(chǎn)量?jī)H占3.88%[3]，屬于難采煤層[4]。

2 急傾斜煤層主要采煤法應(yīng)用現(xiàn)狀

解放前，我國(guó)急傾斜厚煤層主要采用“高落式”和“殘柱式”等落后的柱式體系采煤法，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一些以高產(chǎn)高效為特點(diǎn)的現(xiàn)代化急傾斜煤層采煤法?？傮w而言，我國(guó)當(dāng)前急傾斜煤層采煤法主要形成了以下四種模式。

2.1 掩護(hù)支架采煤法

掩護(hù)支架采煤法巷道布置系統(tǒng)與走向長(zhǎng)壁采煤法一樣，采場(chǎng)沿傾斜（偽斜）方向布置，沿走向推進(jìn)，利用掩護(hù)支架把工作空間與采空區(qū)隔開(kāi)，簡(jiǎn)化了頂板管理內(nèi)容，為安全生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的條件。掩護(hù)支架采煤法通常采用爆破落煤，為了減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，通常采場(chǎng)煤炭自溜運(yùn)輸，該采煤法是2～6m厚穩(wěn)定煤層的主要采煤法。

掩護(hù)支架采煤法可以分為真傾斜掩護(hù)支架采煤法和偽傾斜掩護(hù)支架采煤法。其中偽傾斜掩護(hù)支架采煤法應(yīng)用比較多。雖然勞動(dòng)強(qiáng)度大，但該采煤法依然是我國(guó)當(dāng)前2～6m厚穩(wěn)定急傾斜煤層的最主要采煤法，其單產(chǎn)能力一般不超過(guò)30萬(wàn)噸。

2.2 斜坡采煤法

斜坡采煤法是在急傾斜煤層中布置成組的偽傾斜巷道（即斜坡或回采斜坡），把煤層切割成許多斜形條帶，形成采場(chǎng)，采落的煤經(jīng)過(guò)斜巷自溜到裝車站或煤倉(cāng)（或溜煤眼），在采區(qū)內(nèi)形成從掘到采連續(xù)的無(wú)動(dòng)力運(yùn)輸。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量、回采工效比較高，成本低，工藝方式簡(jiǎn)單。主要缺點(diǎn)是：①回采率低；②采場(chǎng)難以實(shí)現(xiàn)全負(fù)壓通風(fēng)；③材料運(yùn)輸及回柱作業(yè)難度大；④煤矸混雜，會(huì)影響煤質(zhì)。因此，該采煤方法一般只用于無(wú)自然發(fā)火傾向和低瓦斯的不穩(wěn)定急傾斜煤層。

由于斜坡采煤法可實(shí)現(xiàn)采場(chǎng)中多點(diǎn)生產(chǎn)，單工作面產(chǎn)能大，雖然其機(jī)械化程度不高，但仍在我國(guó)中、大型礦井有較多使用。

2.3 走向長(zhǎng)壁采煤法

急傾斜煤層走向長(zhǎng)壁采煤法與緩傾斜煤層布置方式一樣，即沿煤層傾斜方向布置采場(chǎng)（通常采用偽斜布置），沿走向在采場(chǎng)的上、下部分別布置回風(fēng)平巷和運(yùn)輸平巷，后退式開(kāi)采，即由采區(qū)邊界向采區(qū)上（下）山推進(jìn)，可用于中厚及以下煤層的開(kāi)采。走向長(zhǎng)壁采煤法主要包括：倒臺(tái)階采煤法、俯偽斜走向長(zhǎng)壁分段水平密集支柱采煤法、普通機(jī)械化走向長(zhǎng)壁采煤法和綜合機(jī)械化走向長(zhǎng)壁采煤法等。由于采場(chǎng)傾角大，給工作面設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)了一系列困難，需要采取設(shè)備防倒、滑等安全技術(shù)措施。

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，尤其是2010年以來(lái)，我國(guó)急傾斜煤層走向長(zhǎng)壁采煤法得到了飛速發(fā)展，大大提高了走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化開(kāi)采適用范圍，提高了工作面單產(chǎn)能力。目前，我國(guó)已經(jīng)在煤層傾角不超過(guò)50度的中厚煤層中成功應(yīng)用了綜采機(jī)械化開(kāi)采，達(dá)到了單面年產(chǎn)60萬(wàn)噸的能力。此外，我國(guó)還在急傾斜煤層中試用走向長(zhǎng)壁放頂煤采煤法，以進(jìn)一步提高工作面的單產(chǎn)能力。

2.4 水平分段放頂煤采煤法

水平分段放頂煤采煤法是水平分層采煤法的一種特殊形式。水平分層采煤法是將煤層沿水平面劃分成幾個(gè)分層，在每一分層中沿煤層頂、底板各布置一條平巷，并與直接兩平巷形成的采場(chǎng)共同組成工作面巷道系統(tǒng)，沿煤層走向推進(jìn)。該采煤法與走向長(zhǎng)壁采煤法的區(qū)別是水平分層采煤法的兩條平巷分別沿煤層的頂板和底板布置，采場(chǎng)水平布置。

除水平分層以外，該采煤法還可采用斜切分層方式；另外，為了提高采場(chǎng)的生產(chǎn)能力，通常采用加大分層厚度的辦法，采用放頂煤工藝生產(chǎn)，即采用水平分段放頂煤采煤法，該采煤法是大于25m厚急傾斜煤層的主要采煤方法。

水平分段放頂煤采煤法可大大提高急傾斜煤層開(kāi)采的機(jī)械化程度，條件適宜時(shí)最常采用的采煤法之一，當(dāng)煤層厚度大于35m時(shí)，該采煤法可實(shí)現(xiàn)單面年產(chǎn)50萬(wàn)噸。

3 急傾斜煤層開(kāi)采的主要問(wèn)題

3.1 機(jī)械化程度低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大

受煤層賦存條件的限制，急傾斜煤層難以布置大型機(jī)械化設(shè)備（水平分段放頂煤采煤方法除外），而且，急傾斜煤層的大部分巷道和工作面的坡度大，工人在工作面行走、運(yùn)料、作業(yè)都十分困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

3.2 通風(fēng)情況差，安全條件差

大部分急傾斜煤層采煤方法具有通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜的問(wèn)題，工作面煤塵和瓦斯含量較高，工作面需要爆破作業(yè)時(shí)更加嚴(yán)重，對(duì)工人的健康和安全危害較大。同時(shí)由于煤層傾角大，造成工作面人行困難；同時(shí)，采后工作面頂?shù)装寰鶗?huì)發(fā)生跨落、滑移現(xiàn)象，沿傾斜方向由下向上下滑現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重，會(huì)沖擊下部支架，還會(huì)因露矸給作業(yè)人員帶來(lái)隱患。

3.3 工作面資源量相對(duì)少，巷道掘進(jìn)率高

與緩傾斜煤層和傾斜煤層相比，急傾斜煤層工作面長(zhǎng)度相對(duì)較短，煤厚相同的情況下，工作面的資源量相對(duì)減少，會(huì)增大巷道的掘進(jìn)率。

3.4 回采率低，含矸率高

回采率低主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是工作面回采率低，以厚煤層水平分段放頂煤尤為嚴(yán)重；另一個(gè)是由于工作面長(zhǎng)度相對(duì)較短，同等斜長(zhǎng)情況下，會(huì)增加區(qū)段保護(hù)煤柱的數(shù)量，影響資源的回收率。由于開(kāi)采時(shí)煤層頂、底板均會(huì)發(fā)生滑移現(xiàn)象，會(huì)加大煤炭的含矸率。同時(shí)，資源回收率低還會(huì)給煤炭自燃創(chuàng)造了條件。

3.5 工作面單產(chǎn)低，開(kāi)采效益差

與傾斜或緩斜煤層比較，急傾斜煤層的開(kāi)采不僅單產(chǎn)低、工效低，而且成本高、煤質(zhì)差，因此開(kāi)采效益相對(duì)差。

4 急傾斜煤層采煤法的發(fā)展途徑

急傾斜煤層的地質(zhì)賦存條件我們無(wú)法改變，但為了適應(yīng)“高產(chǎn)高效礦井”及“煤礦現(xiàn)代化”的要求，需要進(jìn)一步提高急傾斜煤層采煤法的安全性，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高急傾斜煤層單產(chǎn)能力和效益，歸根到底需要加大急傾斜煤層開(kāi)采方法研究，擴(kuò)大急傾斜煤層機(jī)械化程度，并進(jìn)一步提高急傾斜煤層采場(chǎng)設(shè)備的防倒、滑性能。對(duì)當(dāng)前主要急傾斜煤層采煤法，具體有以下要求：

4.1 走向長(zhǎng)壁采煤法

走向長(zhǎng)壁采煤法是急傾斜煤層開(kāi)采機(jī)械化程度最高的方法之一，條件適宜時(shí)其單采能力最大，是急傾斜煤層機(jī)械化開(kāi)采優(yōu)先考慮的采煤方法。

影響走向長(zhǎng)壁采煤法推廣的重要因素是工作面設(shè)備的可靠性及適應(yīng)性，因此需要進(jìn)一步提高急傾斜煤層走向長(zhǎng)壁采煤工作面“三機(jī)”的可適用的傾角，利用設(shè)備之間的相互支撐有效防范設(shè)備的下滑現(xiàn)象，防范支架傾倒發(fā)生，提高急傾斜煤層設(shè)備的可靠性。

4.2 掩護(hù)支架采煤法

人工打眼爆破是影響掩護(hù)支架采煤法產(chǎn)能的最大因素，同時(shí)支架主要采用人工搬運(yùn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大。要提高該采煤法的工效，需要發(fā)展機(jī)械化落煤設(shè)備，采用機(jī)械化搬運(yùn)支架。

4.3 斜坡采煤法

同掩護(hù)支架采煤法一樣，斜坡采煤法仍然采用爆破方式落煤，勞動(dòng)強(qiáng)度大。下階段需要發(fā)展落煤機(jī)械，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化落煤，同時(shí)有必要研究自移式支護(hù)設(shè)備，切實(shí)降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.4 水平分段放頂煤采煤法

水平分段放頂煤采煤法實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化開(kāi)采，但受到煤層厚度的限制，難以實(shí)現(xiàn)單產(chǎn)百萬(wàn)噸以上。要提高工作面的產(chǎn)能，需要進(jìn)一步研究回采工藝，提高工作面推進(jìn)速度。

參考文獻(xiàn)：

[1]郗寶華，等編.煤礦地質(zhì)[M].煤炭工業(yè)出版社，2011年12月.

[2]徐永圻主編.中國(guó)采礦學(xué)[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003年1月.

[3]張先塵，錢(qián)鳴高，等編著，中國(guó)采煤學(xué)[M].煤炭工業(yè)出版社，2003年5月.

[4]張榮立，向國(guó)緯，李鐸主編，采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].煤炭工業(yè)出版社，2003年5月.

作者簡(jiǎn)介：

杜長(zhǎng)勇（1969-），男，新疆烏魯木齊人，呼圖壁縣東溝煤炭有限責(zé)任公司，工程師，1992年畢業(yè)于新疆煤校采礦工程專業(yè)，一直從事煤礦生產(chǎn)管理工作。