急傾斜煤層特征及采煤方法研究

杜士軍 肖杰

摘 要：受構(gòu)造運動的影響急傾斜煤層往往產(chǎn)狀復(fù)雜、煤層厚度變化較大、圍巖的穩(wěn)定性差、斷層和褶曲多、礦山壓力的分布規(guī)律不清楚，加之煤層傾角大，使得急傾斜煤層采煤方法與其他采煤方法都有很大的差異。因此，本文通過對分析與研究急傾斜煤層礦壓顯現(xiàn)特征及特點，并探討相應(yīng)的采煤方法，對提高急傾斜煤層回采率與經(jīng)濟(jì)效益，增加安全度，特別是急傾斜煤層的開采具有十分重要作用和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：急傾斜煤層；采煤方法；煤層傾角；礦山壓力；

一 引言

急傾斜煤層是指傾角在45°以上的煤層，急傾斜煤層的形成往往受到構(gòu)造運動的強(qiáng)烈影響，煤層和圍巖的穩(wěn)定性遭到嚴(yán)重的破壞，節(jié)理裂隙發(fā)育，傾角和厚度變化較大，煤層比較破碎，斷層較多。

我國已探明的煤炭儲量中，雖然急傾斜煤層僅約占4%，但急傾斜煤層分布廣泛，南方地區(qū)80%的礦區(qū)賦存有急傾斜煤層，國有重點煤礦開采急傾斜煤層的礦井?dāng)?shù)占17%，產(chǎn)量占3.8%，在地方煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦中急傾斜煤層的礦井?dāng)?shù)約占37.6%，產(chǎn)量占7.0%。

急傾斜煤層開采的原則與方法與緩傾斜、傾斜煤層的開采基本一致。但因急傾斜煤層的煤層傾角大，煤層的地質(zhì)因素和礦山壓力顯現(xiàn)與緩傾斜、傾斜煤層有著較大的差異，在礦井開拓方式、采區(qū)巷道布置、采煤方法、采煤機(jī)械化、通風(fēng)與安全等方面獨具特色。

二 急傾斜礦山壓力特點及其影響

根據(jù)煤層傾角對頂板壓力的影響，通過理論分析及大量實際觀測證明，煤層傾角對回采工作面礦山壓力顯現(xiàn)影響較大。例如，隨著煤層傾角增加，頂板壓力將逐漸變小。

假設(shè)上覆巖層的重量為W，如圖1所示。由于煤層傾角增大，必然使沿巖層面的切向滑移力Q1=Wsinα，增大，而使作用于層面的垂直壓力Q2=Wcosα，減小。

急傾斜煤層的傾角大于巖石安息角，采煤工作面采下的煤能自動下滑，從而簡化了工作面的裝運工作，但下滑的煤和矸石容易沖倒支架，砸傷人員，急傾斜煤層和圍巖的節(jié)理發(fā)育，初次來壓和周期來壓與不明顯，易發(fā)生無預(yù)兆的大面積突然冒頂垮落，造成頂板事故，給生產(chǎn)帶來一些不安全因素。因此，生產(chǎn)的不安全因素多，安全性差。

急傾斜煤層頂板壓力垂直作用于支架或煤柱上的分力比緩傾斜煤層小，而沿傾斜作用的分力大，煤層開采后，煤層頂、底板都有可能沿傾斜方向滑動垮落，支架穩(wěn)定性差，易發(fā)生扭曲與傾倒。因而工作面支護(hù)工作的難度大。

急傾斜煤層在采煤機(jī)械設(shè)計時，必須考慮機(jī)械工作時的穩(wěn)定性和防倒問題，所以急傾斜煤層的采煤機(jī)械化問題至今尚未得到根本解決，仍然主要依靠爆破或風(fēng)鎬破煤、掩護(hù)式支架或單體液壓支柱或木支柱支護(hù)，工人勞動強(qiáng)度大。采煤工作面的行人、運料、破煤、支護(hù)、采空區(qū)處理等各項工序的操作都比較困難，采煤機(jī)械化的程度低，工效低，經(jīng)濟(jì)效益差，安全投入不大。

由于煤層傾角超過頂?shù)装鍘r石移動角，采空區(qū)垮落的巖石會自動充填下部采空區(qū)。因此，開采急傾斜煤層時的垮落帶、裂隙帶及下沉帶的分布與緩傾斜、傾斜煤層正好相反；同時由于生產(chǎn)能力小，受開采技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等條件限制，難于采用先進(jìn)的頂板管理方法。

三 急傾斜煤層主要的采煤方法和適用條件

長孔爆破采煤法：回采工藝比較簡單，人員不進(jìn)人回采工作面，勞動強(qiáng)度較低，安全條件較好。長孔爆破采煤法具有一定的靈活性，除用于正規(guī)工作面外，還可用于煤柱、煤倉、邊角煤的回收，也可用于水力采煤中的炮采水運。只能適用于頂?shù)装灞容^堅硬，無煤塵爆炸危險的低瓦斯礦井。

柔性掩護(hù)支架采煤法：是我國急傾斜煤層一種主要的開采方法。工作面沿走向推進(jìn)，具有走向長壁采煤系統(tǒng)的優(yōu)點，減少了巷道掘進(jìn)量；采用25°左右的偽斜工作面，把急傾斜煤層變成緩傾斜煤層來開采，工作面行人操作比較方便，減輕了工人的勞動強(qiáng)度。這種采煤方法適合在煤層賦存比較穩(wěn)定，厚度在2 ～5 m ，傾角在60°～70° 的煤層中使用。

俯偽抖走向長壁分段密集采煤法：工作面呈俯偽斜直線布置，避免了煤壁片幫傷人，工作面周期來壓不明顯，也為進(jìn)一步實現(xiàn)采煤機(jī)械化創(chuàng)造了條件，它適用于煤層傾角在40°～75 °，煤層頂板中等穩(wěn)定，采高不超過2m 的低瓦斯煤層。

巷道放頂煤采煤法：綜合應(yīng)用了綜采放頂煤開采理論和急傾斜煤層沿空留巷理論，回采工藝實際只有破煤，放煤，運煤三道工序， 不用支護(hù)采空區(qū)和進(jìn)行頂板管理？？采煤工藝分為初采，正?；夭珊徒K采三個階段，巷道放頂煤采煤法可用于埋藏不穩(wěn)定，厚度變化大，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜的急傾斜煤層， 煤層厚度在2～10 m 左右，傾角在50 °～90 °，普氏系數(shù)在1.5以下的急傾斜煤層。

水平分段放頂煤采煤法：隨著近水平厚煤層綜采放頂煤技術(shù)的發(fā)展，綜采支架放頂煤技術(shù)已被成功引人急傾斜煤層的開采，急傾斜煤層水平分段放頂煤采煤法的試驗成功是急傾斜煤層采煤法及其回采工藝的重大改革。適用于煤層傾角在45 °以上，厚度大于20m中硬和中軟煤層，硬煤要采取爆破強(qiáng)制落煤措施，煤層穩(wěn)定，走向長度范圍內(nèi)煤層厚度基本無變化， 無落差較大的斷層。

四 結(jié)語

由于急傾斜煤層的傾角較大造成礦山壓力顯現(xiàn)與緩傾斜、傾斜煤層不同，急傾斜煤層往往采出率低、巷道掘進(jìn)率高、安全狀況差、工作面生產(chǎn)效率偏低。近年來，已經(jīng)引起國內(nèi)外專家、學(xué)者和國家有關(guān)部門的重視，并取得了可喜的進(jìn)展。然而，由于急傾斜煤層開采條件的特殊性，開采方法仍然是這類礦井改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)面貌的主要障礙。

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作者簡介：

杜士軍（1976.10——）男，貴州織金人，單位：織金縣安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，畢業(yè)院校：貴州省冶金學(xué)校，所學(xué)專業(yè)：冶金機(jī)械專業(yè)。

肖杰（1984.3——）男，貴州織金人，單位：織金縣安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，畢業(yè)院校：貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，職務(wù)：技術(shù)裝備股負(fù)責(zé)人。