復(fù)雜型急傾斜煤層的開采方法分析

曾慶濱

摘 要：針對深部急傾斜煤層開采地質(zhì)條件日趨復(fù)雜以及原有采煤方法出現(xiàn)的不適應(yīng)問題，文章結(jié)合礦井實(shí)際地質(zhì)條件，分析了原有采煤法存在的問題，提出一種改進(jìn)的偽傾斜斜坡短壁采煤法，并對該項(xiàng)采煤法工藝流程及參數(shù)進(jìn)行介紹。工程實(shí)踐證明，新采煤方法對復(fù)雜開采地質(zhì)條件具有良好的適應(yīng)性，保證了工作面開采的安全與高效。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜型急傾斜煤層；偽傾斜斜坡短壁采煤法；工藝參數(shù)；效果

中圖分類號：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）14-0177-02

據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)顯示，急傾斜煤炭資源在國內(nèi)煤炭資源總量中占有比例接近4%。急傾斜煤炭礦床地質(zhì)條件一般十分復(fù)雜，尤其進(jìn)入深部開采之后，煤層開采中遇到瓦斯含量大、斷層構(gòu)造數(shù)目多、煤層儲量少、工作面支護(hù)難度大等問題，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。

1 工程概況

南方某礦井井田范圍內(nèi)有極為發(fā)育的斷層、褶曲構(gòu)造，地層整體產(chǎn)狀呈背斜，向東南傾斜。該礦井主采煤層埋深為 450 m，煤層均厚2.3 m，平均傾角為50 °，為一急傾斜煤層。煤層頂板巖性以細(xì)粉砂巖為主，結(jié)構(gòu)較為完整，但隨著工作面推進(jìn)容易垮落。礦井原布置工作面長度為90 m，傾角超過50 °。原設(shè)計(jì)工作面開采方式為斜坡中深孔爆破采煤，但隨著礦井開采深度的增加，工作面遇小斷層、小錯動等地質(zhì)構(gòu)造頻率大大增加，頂管管理難度逐漸增加，已經(jīng)嚴(yán)重影響到礦井的正常開采活動。礦井結(jié)合工程地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)對原有開采工藝進(jìn)行調(diào)整，采用偽傾斜斜坡短壁采煤法對深部復(fù)雜急傾斜煤層進(jìn)行開采。

2 偽傾斜斜坡短壁采煤法

2.1 開采工藝

偽傾斜斜坡短壁采煤法是由斜坡采煤工藝發(fā)展而來，根據(jù)煤層地質(zhì)條件，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，其采區(qū)布置，如圖1所示。各工作面長度較原有開采方式要短（為75 m），但數(shù)量明顯增多。同時，偽傾斜斜坡短壁回采工藝中冒落矸石滑入采空區(qū)，不會對工作面生產(chǎn)安全與產(chǎn)煤含矸率造成影響。工作面仍采用爆破落煤方式，并且由于順槽傾斜角度較大，落煤可在自身重力作用下自溜至運(yùn)輸巷煤倉。

礦井開采確定采用原有技術(shù)設(shè)備，即選用礦井技術(shù)條件相對成熟的爆破工藝。但是，需對原開采工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，包括順槽開拓與爆破工藝參數(shù)。偽傾斜斜坡短壁采煤法中，采區(qū)巷道采用多溜槽布置方式，首采斜坡傾角控制在°，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。本礦井控制分斜坡傾角超過°，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，可同時回采兩個分斜坡工作面，保證工作面生產(chǎn)的連續(xù)與生產(chǎn)效率。

2.2 工作面落煤

工作面落煤仍為爆破落煤，但需對爆破落煤參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。爆破參數(shù)的設(shè)定過程中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)。在斜坡偽傾斜短壁采煤法中，爆破實(shí)行“多打炮眼，少裝藥”的方針，這種方式有助于降低爆破過程對頂板的擾動程度。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。

2.3 頂板管理

在斜坡采煤法中，煤體力矩表達(dá)式為：

其中：M——力矩，N.m；——煤體受力，一般可取煤層重力進(jìn)行計(jì)算，N；L縱——縱向斜坡長度，m；a——煤層傾角。

由上式可知，煤體縱向斜坡長度對于不同方向頂板破壞程度有著直接的影響，其值越大，頂板的穩(wěn)定性就越差。因此在偽傾斜斜坡短壁采煤法中，為避免頂板矸石溜入工作面，需縮減縱切面方向斜長。采空區(qū)頂板采用分區(qū)管理方式，縮減采空區(qū)面積，降低采空區(qū)頂板管理難度。工作面頂板管理方案亦需要進(jìn)行調(diào)整，改變原有方案點(diǎn)柱配合方式與布設(shè)參數(shù)。

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，工作面頂板管理應(yīng)針對性地調(diào)整支護(hù)方式。新采煤方法中工作面支護(hù)采用戴帽點(diǎn)柱，采用單密控頂方式。為降低點(diǎn)柱上端應(yīng)力集中對頂板造成破壞，可適當(dāng)縮減點(diǎn)柱底部截面積。調(diào)整點(diǎn)柱支護(hù)的控頂距，原有頂板管理方式中控頂距離過大，容易造成漏矸或局部冒頂問題，需縮減點(diǎn)柱支設(shè)間排距（一般取800×800 mm），并在應(yīng)力集中區(qū)域或頂板破碎地段進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，適當(dāng)增加點(diǎn)柱支護(hù)密度。工作面后方切頂采用雙密切頂方式，通過雙排點(diǎn)柱切斷頂板，降低工作面控頂距離，避免控頂距過長而損毀工作面設(shè)備。工作面片幫問題采用點(diǎn)柱貼幫或剎幫進(jìn)行解決，通過多種頂板管理措施，確保開采空間圍巖的穩(wěn)定性。

2.4 技術(shù)安全管理措施

礦井開采采用雙工作面布置，需對礦井原有單工作面生產(chǎn)的技術(shù)管理措施進(jìn)行調(diào)整，確保平行作業(yè)工藝的順利開展。結(jié)合煤礦安全規(guī)程，以實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)和提高循環(huán)效率為目的，對各生產(chǎn)工序生產(chǎn)時間與空間上的銜接、配合作科學(xué)的設(shè)計(jì)。安全制度上亦應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的完善工作，加強(qiáng)施工質(zhì)量管理與監(jiān)督工作；各班可設(shè)立質(zhì)檢原，對施工質(zhì)量進(jìn)行自檢或互檢，消除工作中的不安全因素。

3 工藝施行效果分析

工作面自實(shí)行偽傾斜斜坡短壁采煤法后，未出現(xiàn)任何安全事故，生產(chǎn)安全性得到有力的保障。工作面開采中通過改善支護(hù)與采空區(qū)管理方式，大幅度提高了工作面圍巖與采空區(qū)頂板的穩(wěn)定性，降低了冒頂、漏矸、竄矸與耙煤事故等安全事故發(fā)生率，節(jié)省了采空區(qū)支護(hù)成本。新采煤方法中還大大提高了工作面資源回收率，改善了開采中丟煤、漏煤、壓煤、孤島煤柱留煤等情況。通過礦井雙斜坡工作面的布置，礦井工作面產(chǎn)能得以提升，保障了礦井生產(chǎn)效益。

通過科學(xué)地制定生產(chǎn)組織方式，工作面生產(chǎn)速率得以大幅度提升，采區(qū)雙工作面在半年內(nèi)完成安全回采工作，縮短開采用時一半以上。

4 結(jié) 語

就現(xiàn)階段而言，中深孔爆破采煤法在南方急傾斜煤層開采中應(yīng)用仍較為普遍，但傳統(tǒng)小區(qū)段溜煤眼或溜煤斜巷方式通風(fēng)存在嚴(yán)重問題，易造成工作面風(fēng)量不足、風(fēng)速超限、串風(fēng)等情況。此種采煤方法對斷層、褶曲等地層條件復(fù)雜的急傾斜煤層開采適應(yīng)性較差，開采中需要花費(fèi)大量人力與物力對工藝問題進(jìn)行維護(hù)，不符合當(dāng)前煤礦企業(yè)生存發(fā)展。偽傾斜斜坡短壁采煤法對于復(fù)雜型地質(zhì)構(gòu)造具有良好的適應(yīng)性，通過合理設(shè)定技術(shù)參數(shù)與制定技術(shù)管理措施，能夠有力保障急傾斜生產(chǎn)工作面的安全與高效，提高煤炭資源回收率。

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