急傾斜煤層采煤方法分析

陳奎動(dòng)

摘 要：急傾斜煤層回采在我國煤炭資源開采中占有相當(dāng)大的比重，由于其自身地質(zhì)條件復(fù)雜性與回采工藝的限制，煤炭資源安全回收與生產(chǎn)效率受到很大影響。文章分析了現(xiàn)階段薄及中厚急傾斜煤層開采所具有的特點(diǎn)及存在的問題，并以天湖山能源公司急傾斜煤層開采經(jīng)驗(yàn)，分析了南方現(xiàn)有急傾斜煤層開采方法優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)條件，提出了提高回采效率與安全性的優(yōu)化建議，望對急傾斜煤層資源開采有所借鑒。

關(guān)鍵詞：急傾斜煤層；特點(diǎn)；采煤方法；優(yōu)化措施

中圖分類號：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006-8937（2016）20-0171-02

急傾斜煤炭儲(chǔ)量在國內(nèi)煤炭資源儲(chǔ)量中占有比例接近%，在我國南方地區(qū)比例更大。急傾斜煤層地質(zhì)條件一般十分復(fù)雜，煤層開采中會(huì)遇到構(gòu)造數(shù)目多、煤層儲(chǔ)量少、頂板管理困難等問題，如何安全、經(jīng)濟(jì)地回收急傾斜煤炭資源是礦井生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急。在淺部地質(zhì)條件相對簡單的煤層開采中，南方煤礦急傾斜煤層現(xiàn)今所采用的采煤法取得良好效果。但隨著礦井開采水平的不斷延伸，愈加復(fù)雜的開采條件使得原有采煤方式在急傾斜煤層開采中凸顯出不適應(yīng)性，需要對原有工藝參數(shù)與生產(chǎn)管理進(jìn)行調(diào)整及優(yōu)化，以確保礦井生產(chǎn)的安全與高效。

1 急傾斜煤層開采特點(diǎn)

急傾斜煤層地質(zhì)條件差異較大，使得煤炭開采中產(chǎn)生了不同的開采方法。從開采機(jī)械化程度較低的倉儲(chǔ)式到較為先進(jìn)的放頂煤采煤，急傾斜煤層采煤方法歷經(jīng)了多次的調(diào)整與完善?？v觀國內(nèi)現(xiàn)階段急傾斜煤炭開采方式，仍普遍存在很大的不足。

1.1 煤炭采出率低

就現(xiàn)階段而言，國內(nèi)急傾斜煤層在煤炭采出率方面仍有很大的不足，尤其是南方急傾斜開采礦井，其偏高的煤炭損失率一直是影響煤礦開采效益的重要因素。同時(shí)，由于開采工藝較為落后，工作面采出煤炭含矸率也普遍較高，雖耗費(fèi)工時(shí)在工作面進(jìn)行撿矸作業(yè)，但其效果并不理想。

1.2 巷道掘進(jìn)率高

急傾斜工作面準(zhǔn)備過程中，需要掘進(jìn)大量煤巖巷道以保障工作面生產(chǎn)的安全進(jìn)行。巷道掘進(jìn)率過高會(huì)提升礦井生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的任務(wù)難度，引起生產(chǎn)成本的增加。尤其是淺部煤炭開采日漸枯竭，深部開采不可避免會(huì)遇到高應(yīng)力、高復(fù)雜地質(zhì)條件。在采用斜坡采煤法、小分段爆破法的急傾斜開采礦井中，部分巷道會(huì)處于支承壓力集中區(qū)域，巷道維護(hù)難度大，并有出現(xiàn)嚴(yán)重沖擊礦壓現(xiàn)象的可能，影響礦井的正常生產(chǎn)。

1.3 安全狀況差

急傾斜煤層開采坡度往往較大，巷道傾斜角度一般超過 25 °。較高的開采坡度增加了礦井生產(chǎn)開采難度，并且易出現(xiàn)煤矸石或設(shè)備自動(dòng)下滑等問題，造成人員傷亡與支架的損毀。急傾斜煤層受力主要在鉛錘方向與順煤層層面方向力的作用，使得頂板自穩(wěn)能力較差，管理困難，可能出現(xiàn)工作面冒頂、片幫、支架傾倒等問題。通風(fēng)問題是也是采煤法一較為突出的問題，采區(qū)工作面通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，使得通風(fēng)阻力偏大、空氣質(zhì)量差、通風(fēng)效率低，由此導(dǎo)致的通風(fēng)費(fèi)用十分高昂，并且不良的通風(fēng)條件也給人員健康與設(shè)備帶來巨大的傷害。

1.4 工作面生產(chǎn)效率偏低

急傾斜煤層回采工藝相比較為簡單，且由于急傾斜機(jī)械化程度普遍偏低，使得各項(xiàng)工作順利開展難度較大。受到煤層地質(zhì)分布與生產(chǎn)工藝的限制，工作面單產(chǎn)能力往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，集中化生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)。而急傾斜煤層工作面準(zhǔn)備中往往需要投入較大的人力和物力，而實(shí)際工作面生產(chǎn)能力卻達(dá)不到預(yù)期要求，投入大而回報(bào)小。

2 急傾斜煤層的采煤方法

急傾斜煤層生產(chǎn)礦井以薄及中厚煤層居多，現(xiàn)階段所采用的采煤方法主要有壁式采煤法、斜坡法兩種，各采煤方法對不同的地質(zhì)條件具有良好的適應(yīng)性，但亦存在一定的使用限制。天湖山能源實(shí)業(yè)有限公司急傾斜煤層開采應(yīng)用的開采方法主要為壁式采煤法和斜坡采煤法，現(xiàn)主要對這兩種采煤方式優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)條件進(jìn)行分析。

2.1 壁式采煤法

壁式采煤法包括多種分類，包括單一長壁采煤法、俯偽斜長壁采煤法、倒臺(tái)階采煤法等。倒臺(tái)階采煤法的優(yōu)點(diǎn)在于采煤系統(tǒng)布置較為簡單，巷道掘進(jìn)率低，工作面回采率高，且對不穩(wěn)定地質(zhì)條件具有良好的適應(yīng)性。這種采煤方式在先前急傾斜煤層開采中應(yīng)用較多，但由于其開采機(jī)械化程度低、生產(chǎn)管理困難、勞動(dòng)條件差、生產(chǎn)成本較高，在急傾斜煤層開采中使用頻率非常小，現(xiàn)階段主要用于松軟煤質(zhì)的急傾斜薄煤層開采。其他采煤方式在原有長壁式采煤法基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，大大改善了長壁采煤法存在的缺陷，但亦存在一定的問題。

2.2 斜坡采煤法

斜坡采煤法是南方煤礦急傾斜煤層開采應(yīng)用較為普遍的開采方式，其按照一定垂直高度，通過多組回采斜坡將開采煤層劃分為若干斜形開采條帶；工作面布置長度往往較短（90 m左右），但數(shù)量明顯多于其他采煤方式。采區(qū)巷道采用多溜槽布置方式，首采斜坡傾角一般控制在24～25 °，且保證工作面與主斜坡二者的邊界相互重合；順主斜坡方向，每間隔布置一分斜坡，分斜坡傾角應(yīng)略微比主斜坡傾角大，并將分斜坡邊界延伸至工作面。開采過程中自上至下依次對分斜坡工作面進(jìn)行回采，亦可同時(shí)回采兩個(gè)分斜坡工作面，保證工作面生產(chǎn)的連續(xù)與生產(chǎn)效率。工作面落煤采用爆破方式，出煤自溜至采區(qū)溜煤眼或煤倉。

這種采煤方式能夠有效改善急傾斜煤層開采產(chǎn)量小、工效低的問題，工藝布置簡單，提升了生產(chǎn)安全性與經(jīng)濟(jì)性，對于復(fù)雜型急傾斜煤層開采具有良好的適應(yīng)性。但斜坡采煤方法中的通風(fēng)不能采用全負(fù)壓通風(fēng)，礦井瓦斯易在采空區(qū)與巷道上方積聚，是礦井生產(chǎn)的不安全因素；爆破落煤中易擾動(dòng)工作面上方頂板，使冒落矸石摻入落煤之中，增加了產(chǎn)煤的含矸率；回柱作業(yè)往往在斜坡巷道中進(jìn)行，作業(yè)程序復(fù)雜且不安全。因此，斜坡采煤法多適用于瓦斯含量不高、地層條件穩(wěn)定的急傾斜煤層。

3 急傾斜煤層采煤方法優(yōu)化

3.1 改進(jìn)巷道布置方式

為改善急傾斜煤層采區(qū)產(chǎn)能低與巷道布置限制條件多的情況，急傾斜煤層采區(qū)劃分中可適當(dāng)增加采區(qū)走向長度與階段垂高。巷道布置中應(yīng)以安全回采為前提，保證生產(chǎn)空間具有足夠數(shù)量的安全出口，盡可能實(shí)現(xiàn)礦井或采區(qū)工作面的全負(fù)壓通風(fēng)。同時(shí)，結(jié)合采煤方法，考慮水平與傾斜巷道的特點(diǎn)，減少高傾角巷道的使用頻率，以巷道布置保證生產(chǎn)效率、降低巷道掘進(jìn)率為目的。

在礦井生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，可根據(jù)工作面布設(shè)情況，適當(dāng)增加安全出口。如分斜坡眼上方或下方一定距離挖設(shè)相同規(guī)格的斜坡眼，與原有的主坡眼形成聯(lián)通，以便在后退式作業(yè)中可充當(dāng)安全通道，且斜坡眼的增加對生產(chǎn)回采也非常有利。

急傾斜煤層開采地質(zhì)條件相對復(fù)雜，工作面通風(fēng)困難，下區(qū)段通風(fēng)阻力過大。針對此種情況，在使用斜坡采煤法開采中，可在上下坡眼之間采用增加風(fēng)簾或其他有效措施，改善上坡眼回風(fēng)與下坡眼進(jìn)風(fēng)情況。

3.2 優(yōu)化回采工藝參數(shù)

現(xiàn)階段，急傾斜煤層開采機(jī)械化程度普遍不高，急傾斜煤層生產(chǎn)礦井仍以炮采工藝為主。礦井生產(chǎn)中應(yīng)注重提升生產(chǎn)的機(jī)械化，運(yùn)用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備，改善礦井支護(hù)、落煤、運(yùn)輸?shù)嚷浜蟮拈_采工藝。而對于應(yīng)用較為普遍的爆破開采工藝，生產(chǎn)中需對其工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。爆破參數(shù)的設(shè)定需綜合考慮工作面落煤效果和頂板穩(wěn)定性，確定最優(yōu)化的爆破參數(shù)。爆破應(yīng)奉行“多打炮眼，少裝藥”的方針，提升一次爆破落煤量與盡可能降低對頂板的擾動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，控制炮眼打設(shè)角度，炮眼水平控制角度與垂直角度可設(shè)定為10 °、3 °～5 °，底角炮眼不超過5 °～15 °，工作面上部定眼過程應(yīng)確保其不穿過頂板；爆破最小抵抗線在兩個(gè)點(diǎn)柱之間，以防爆破過程損壞工作面支護(hù)設(shè)備。為避免一次起爆中能量波過程對頂板造成多次擾動(dòng)破壞，工作面爆破形式最好選擇毫秒爆破技術(shù)，相應(yīng)的炮眼參數(shù)與爆破形式可根據(jù)礦井條件進(jìn)行調(diào)整。

3.3 調(diào)整頂板管理方法

急傾斜煤層工作面開采中應(yīng)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(diǎn)柱的方式進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，點(diǎn)柱底部可適當(dāng)進(jìn)行削尖處理，避免地應(yīng)力過大造成點(diǎn)柱破壞頂板，影響其整體承載特性。同時(shí)，為了減少控頂距離，應(yīng)合理分配點(diǎn)柱的間排距，原則上控制在800 mm×800 mm。頂板條件惡劣地段進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，增加點(diǎn)柱支設(shè)密度，選用多柱或者叢柱進(jìn)行支護(hù)。工作面頂板管理采用“單密控頂，雙密切頂”方式，偏幫區(qū)域采用貼幫支護(hù)與剎幫方式進(jìn)行處理，通過綜合采用多種方式，確保工作面頂板及圍巖穩(wěn)定性。

3.4 提高工作面開采效率

就急傾斜煤層整體開采而言，其開采效率偏低，造成這一情況出現(xiàn)的原因主要有兩個(gè)方面：一是開采技術(shù)工藝落后，二是生產(chǎn)組織管理水平不足。

鑒于此，急傾斜煤層開采礦井應(yīng)結(jié)合礦井實(shí)際條件，積極引進(jìn)先進(jìn)的開采技術(shù)與工藝設(shè)備，提升礦井機(jī)械化開采程度，保證生產(chǎn)開采過程的高效與安全。另一方面，根據(jù)礦井生產(chǎn)開采工藝，對礦井原有的技術(shù)管理措施進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。以煤礦安全規(guī)程作為依據(jù)，制定有效的工作面循環(huán)作業(yè)管理方法。生產(chǎn)管理中需保障工作面的平行作業(yè)，合理安排各工序的時(shí)間與銜接，在保證各班本職工作基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)之間的有效協(xié)作，確保整個(gè)開采循環(huán)過程的順利完成。

4 結(jié) 語

薄及中厚急傾斜煤層開采方法眾多，煤礦應(yīng)用較多的有壁式采煤法、斜坡法，各方法在工程實(shí)際中都取得了良好的應(yīng)用效果，但在深部高應(yīng)力或復(fù)雜地質(zhì)條件開采卻普遍表現(xiàn)出一定的不適應(yīng)性，需對原有回采工藝進(jìn)行優(yōu)化。煤礦企業(yè)應(yīng)結(jié)合礦井生產(chǎn)地質(zhì)條件及開采工藝，采取有效的生產(chǎn)優(yōu)化措施，提升礦井生產(chǎn)的安全性與效率，保障煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

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