試論急傾斜煤層采煤方法分析與礦壓控制

吳昌勇 石建平 王冬冬

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

試論急傾斜煤層采煤方法分析與礦壓控制

吳昌勇 石建平 王冬冬

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

在采礦技術(shù)中，始終存在的一個(gè)難題就是開采急傾斜煤層所采取的采煤方法。因?yàn)榧眱A斜煤層本身開采條件非常特殊，所以采煤方法一直是該礦井安全狀況、提升開采機(jī)械化水平以及不斷改善各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的障礙。所以，針對急傾斜煤層具體開采特點(diǎn)和相關(guān)開采問題，有效控制實(shí)際開采中的礦壓，并且制定有效的開采方法以及工藝是非常有必要的。本文主要對急傾斜煤層具體開采方法和礦壓控制措施進(jìn)行分析，提出筆者的思考和建議，僅供參考。

急傾斜煤層；開采方法；礦壓控制

因?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)造造成的影響，使得急傾斜煤層里面的圍巖完整性以及穩(wěn)定性都被破壞，隨著節(jié)理裂痕的不斷發(fā)育，煤層破碎程度就會越來越深，斷層不斷增多，最后煤層傾角以及厚度就會發(fā)生相應(yīng)的改變。在斷層以及褶皺發(fā)育周圍區(qū)域，一般會產(chǎn)生變質(zhì)程度非常高的急傾斜煤層。在構(gòu)造運(yùn)動的影響下，急傾斜煤層通常在煤田淺部產(chǎn)生。急傾斜煤層具體開采原則以及開采方法和傾斜煤層以及緩傾斜煤層差不多，可是由于其煤層傾角非常大，所以礦山壓力顯現(xiàn)和其他兩種煤層的差異性非常大，具體采礦方法與礦壓控制也具有獨(dú)特性。

1 急傾斜煤層開采特點(diǎn)與存在的問題

1.1 開采特點(diǎn)

（1）采煤機(jī)械化程度不高，效率低。進(jìn)行采煤機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要機(jī)械穩(wěn)定性以及防倒問題，該問題始終沒有得到根本解決，依然主要靠爆破或者是風(fēng)鎬破煤以及掩護(hù)式支架或者是單體液壓支柱等方式，勞動強(qiáng)度比較大，并且工序復(fù)雜，獲得的經(jīng)濟(jì)效益不好。

（2）容易出現(xiàn)煤壁片幫。由于工作面產(chǎn)生的超前支承壓力，急傾斜煤層中的煤壁比較松軟，所以容易出現(xiàn)片幫或者是端面事故[1]。

（3）缺乏安全性。該煤層傾角要比巖石安息角大，所以采下的煤很容易自動下滑，從而沖倒支架，給人員安全帶來威脅。

（4）工作面支護(hù)工作非常難。這種煤層頂板壓力順著傾斜作用的分力非常大，經(jīng)過開采后，頂板和底板均可能順著傾斜方向垮落，從而導(dǎo)致支架穩(wěn)定性不強(qiáng)。

（5）很難管理頂板。因?yàn)槊簩觾A角比較大，所以采空區(qū)垮落巖石可以對下部采空區(qū)進(jìn)行局部充填。其下沉帶、垮落帶以及裂隙帶的實(shí)際分布情況和傾斜煤層是相反的，由于開發(fā)技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)等的限制，目前還沒有一個(gè)非?？茖W(xué)的煤層頂板管理法[2]。

1.2 存在的問題

對于急傾斜煤層，其開采方法非常復(fù)雜，研究出安全高效的煤層開采技術(shù)比較困難，并且急傾斜煤層具體地質(zhì)條件研究應(yīng)該分析其所處位置，沒有全面了解該地區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況，就很容易在開采時(shí)引發(fā)頂板塌陷事故；因?yàn)榈刭|(zhì)條件很特殊，所以非常多高科技設(shè)備不可以在開采中應(yīng)用，導(dǎo)致開采機(jī)械化程度很低，后期收益不高。

2 分析急傾斜煤層具體開采方法

2.1 臺階式

在開采急傾斜煤層的時(shí)候，該方法是一種常用的方法，其特點(diǎn)為：把煤層開采工作面布設(shè)為臺階狀，從而增加開采穩(wěn)定性以及前后聯(lián)系性。按照上下關(guān)系的差異，該方法又被分為正臺階法以及倒臺階法。

2.2 倒臺階法

該采煤方法主要是把工作面設(shè)置為倒臺階形狀，然后在上面進(jìn)行采煤操作[3]。該操作方法要求實(shí)際工作面長度大約為50m，所有臺階長度應(yīng)該在10～20m范圍內(nèi)，同時(shí)確保臺階高度在2～3m范圍內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，能夠適當(dāng)加寬最上層臺階以及最下層臺階，確保整個(gè)工作平面可以順暢通風(fēng)并且有足夠的存煤空間。

和倒臺階比較適應(yīng)的具體采煤方法為風(fēng)鎬采煤以及放炮落煤，必須使用相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行支護(hù)，使操作人員工作地點(diǎn)在臺階下方，這樣不僅可以根據(jù)臺階連接點(diǎn)開展多點(diǎn)作業(yè)，同時(shí)也可以利用上方臺階產(chǎn)生的阻擋作用，防止被滑落煤造成傷害事故。

2.3 正臺階法

該采煤法也被稱為斜臺階采煤法，其是基于倒臺階法經(jīng)過進(jìn)一步研究后新研發(fā)的采煤方法，其特點(diǎn)為：可以把急傾斜煤層具體工作面劃分為各個(gè)短面，這樣便于操作人員作業(yè)過程中的行走以及工作，同時(shí)在采空區(qū)下方布設(shè)相應(yīng)的正臺階，能夠有效改善通風(fēng)效果，防止瓦斯不斷匯集，除此之外，該采煤方式可以降低落煤造成的損失，提升煤礦資源實(shí)際開采率。另一方面，該開采方式同樣具有一定的缺點(diǎn)，比如，機(jī)械化程度不高、漏風(fēng)大以及采空區(qū)管理比較難等，所以還需要進(jìn)行深入的研究以及改善[4]。

2.4 俯偽斜長壁法

這種采煤方法主要是把采煤工作面變成一種直線型工作面，可以不斷往前推進(jìn)，把各個(gè)支護(hù)部分變?yōu)閹讉€(gè)小部分，這樣便于更有效的進(jìn)行控制，并且對不同工作段進(jìn)行分段采煤，可以使煤炭更加順利的進(jìn)行滑動運(yùn)輸，從而減少裝運(yùn)工作量，提升采煤工作效率。該采煤法所具有的特點(diǎn)主要是：

（1）采煤工作面分布型式是斜直線，可以確保工作面具有足夠的安全性能，同時(shí)為采煤機(jī)械化提供非常有利的工作條件。

（2）可以提升采煤工作面墻壁具體空間利用率，增加單位空間立面的產(chǎn)量。

（3）通過分段工作面進(jìn)行規(guī)劃，可以在不斷移動的時(shí)候形成自然填充帶，使整個(gè)工作面實(shí)際受壓減小[5]。

（4）具備非常強(qiáng)的適應(yīng)性，并且技術(shù)含量非常高。

另一方面，這種采煤法也有很多缺陷以及不足之處，其要求具體工作面支護(hù)力非常大，所以對操作人員的實(shí)際操作很不利，工作的時(shí)候存在一定死角區(qū)域，該死角區(qū)域通風(fēng)條件非常差，很容易使得礦井底部瓦斯全部匯聚在此，從而導(dǎo)致安全事故的出現(xiàn)。

2.5 偽傾斜柔性掩護(hù)支護(hù)法

該采煤法就是把工作空間以及采空區(qū)相互隔開，使比較復(fù)雜的頂板工作更加簡潔清楚，給煤礦的安全生產(chǎn)提供了比較有利的開采環(huán)境，有效減少了煤炭開采中的相關(guān)裝運(yùn)工作，可以提升各項(xiàng)操作所具有的安全性，這種方法是我國急傾斜煤層實(shí)際開采中常見的一種開采方法。其缺點(diǎn)主要為：操作機(jī)械比較固定，不可以依據(jù)實(shí)際開采情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，同時(shí)地質(zhì)環(huán)境適應(yīng)性非常差，有些夾縫里面的煤礦，在實(shí)際開采中特別容易帶進(jìn)雜石子，從而降低煤礦質(zhì)量，此外，在工作中極易引起很大的灰塵，使得整體工作環(huán)境非常差。

2.6 綜合機(jī)械化走向長壁法

該采煤法提高了實(shí)際采煤過程中的機(jī)械化程度，可以有效提升具體采煤效率，提高最終煤礦開采產(chǎn)量。通?？梢曰旌鲜褂玫臋C(jī)械有：支撐式液壓支架以及滾筒式采煤機(jī)等。通過液壓絞車牽引沿相應(yīng)的采煤機(jī)進(jìn)行導(dǎo)軌運(yùn)行，主要工作原理為：在工作面下端位置斜切進(jìn)刀，再單向上行割煤。通常利用前滾筒割底煤，利用后滾筒割頂煤，割落煤會通過自溜方式到運(yùn)輸平巷，利用刮板輸送機(jī)將其運(yùn)出。該工作過程可以使采煤過程更加簡化，從而提升工作效率，顯著減小工人勞動程度，確保勞動效率的提升，同時(shí)也增加了實(shí)際施工作業(yè)的安全性，可以提升開采過程中煤炭采出率，可是前期成本比較大，并且對整體管理提出的要求也非常高，是以后的重點(diǎn)研究以及開發(fā)課題之一。

2.7 水平分層法

該采煤法就是把急傾斜煤層劃分為多個(gè)和水平面保持平行的分層，將巷道布設(shè)于各分層中間位置，再依次回采。該采煤方法能夠分成兩種，分別是：下行垮落法以及上行填充法[6]?，F(xiàn)階段，我國普遍使用的方法為下行垮落法，該方法可以顯著提高產(chǎn)量，并且增加采煤工藝具體操作集中程度，提高采煤產(chǎn)業(yè)機(jī)械化水平，同時(shí)減少使用成本，從而提升采煤工作效益。另一方面，該開采方法也有一定的缺點(diǎn)，比如適應(yīng)性比較差，不能在斷層很多的急傾斜煤層開采中應(yīng)用，同時(shí)在生產(chǎn)操作中容易產(chǎn)生灰塵，給工作人員的健康造成影響。

3 急傾斜煤層具體礦壓檢測工作

3.1 工作面上具體礦壓特征

進(jìn)行現(xiàn)場檢測的時(shí)候，必須觀察多方面具體數(shù)據(jù)，如，周期、阻力以及工作面壓步距，分析這些數(shù)據(jù)可以得到比較科學(xué)合理的指導(dǎo)意見。如果工作面位置不一樣，那么周期壓表現(xiàn)也不同，采煤工作面兩端具體受壓周期將比中部受壓周期小，所以應(yīng)該增加中部下端具體支架負(fù)荷量，確保作業(yè)具有足夠的安全性。

3.2 對巷道內(nèi)部礦壓進(jìn)行控制

對巷道內(nèi)部礦壓進(jìn)行控制是保證順利開采的前提以及基礎(chǔ)，可以確保整體系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行安全性更高，也可以防止由于突然坍塌而導(dǎo)致的工程故障，能夠確保工程順利進(jìn)行，降低不必要的開采工作量，減小工人勞動強(qiáng)度。為了有效控制巷道里面的礦壓，就一定要先布置好相應(yīng)的礦壓觀測點(diǎn)，及時(shí)監(jiān)測以及控制巷道里面的礦壓，可以獲得比大量時(shí)效性非常高的數(shù)據(jù)。此外，有效監(jiān)控巷道里面的礦壓，可以為采礦工作提供安置設(shè)備以及向前運(yùn)行方面的建議，確保整個(gè)工程更加順暢以及安全地進(jìn)行。

4 結(jié)束語

對于急傾斜煤層，其開采應(yīng)該依據(jù)煤層自身特點(diǎn)以及實(shí)際地質(zhì)條件來設(shè)計(jì)以及研究，同時(shí)，通過有效控制急傾斜煤層具體礦壓，可以確保整個(gè)采煤工程安全有效的運(yùn)行，在確保采煤工作安全性的基礎(chǔ)上，有效提升煤層實(shí)際開采產(chǎn)量以及開采的煤礦質(zhì)量，從而提升采煤企業(yè)所獲得的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]段紅民，胡喜明，巫仕振，等.薄及中厚急傾斜煤層采煤方法優(yōu)化研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，36（2）：16～18，22.

[2]劉 勇，鄭 偉.急傾斜煤層采煤方法優(yōu)化探討[J].煤炭工程，2009（10）：12～13.

[3]張瑞曉，崔永豐.急傾斜煤層采煤方法研究與設(shè)計(jì)[J].煤炭工程，2011，8（11）：8～10.

[4]周雄.急傾斜煤層主要特點(diǎn)及采煤方法[J].黑龍江科技信息，2015，1（18）：147.

[5]王立明，岳龍?zhí)?急傾斜煤層采煤方法的設(shè)計(jì)研究[J].中國科技縱橫，2014，1（13）：135.

[6]郝照慶.急傾斜煤層沿傾斜向上短壁采煤方法[J].中國科技縱橫，2014，5（17）：152.

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2016-2-20