急傾斜煤層開采工藝和支護(hù)方法優(yōu)化

于 洋

（山西焦煤西山煤電登?？得簶I(yè)，山西 古縣 042403）

作為西山煤電下屬的一個(gè)大型煤炭生產(chǎn)企業(yè)，登?？得簶I(yè)近年來(lái)不斷加大對(duì)傾角較大煤層的開采力度，但在開采中始終存在煤炭損失率高、開采效率低下等問(wèn)題，極大限制了該礦煤炭生產(chǎn)效率的提高和經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步增加。因此，登?？得簶I(yè)希望尋找一種新的采掘工藝，提高開采效率和開采安全性[1-2]。

1 原急傾斜煤層開采工藝

（1）原采煤工藝。先前登?？得簶I(yè)在急傾斜工作面開采時(shí)，采用的采煤工藝方法是柔性掩護(hù)支架采煤法，由采區(qū)平巷道按照22°的偽傾斜角掘溜煤的斜坡，布置開切眼，進(jìn)行開采。其巷道綜采面的布置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

柔性掩護(hù)支架由工字鋼制成，支架的寬度為2m，支架通過(guò)鋼絲繩、夾板等組成一個(gè)完整的柔性體，使用的鋼絲繩直徑為20mm，禁錮螺絲采用Φ16mm防松螺釘，所用夾板尺寸為350×180×55mm。在該工作面進(jìn)行開采時(shí)，開采工序：準(zhǔn)備階段→打炮眼→布設(shè)雷管→放炮作業(yè)→扒煤→支護(hù)→放架→放架后煤。

圖1 登福康煤業(yè)柔性掩護(hù)支架工作面巷道結(jié)構(gòu)示意圖

（2）影響急傾斜煤層工作面單產(chǎn)因素。柔掩面主要分布于礦區(qū)的單斜2槽處，煤層厚度0.9～17.6m，傾斜角16°～70°。煤層內(nèi)存在一定的夾石，有分層的現(xiàn)象。煤層上部較薄，在西下部分煤層較厚，地質(zhì)條件如表1所示。

表1 單斜2槽處工作面的地質(zhì)條件

由于急傾斜煤層處的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，在巷道內(nèi)煤層有部分倒轉(zhuǎn)情況[3]，煤層底部有小斷層，直接影響到了柔掩面開采效率。順煤層走向，煤層厚度存在突變的情況。當(dāng)巷道內(nèi)煤層的厚度過(guò)大時(shí)，掩護(hù)支架的寬度較小，架后煤沒有辦法及時(shí)采掘出來(lái)。而當(dāng)煤層的厚度過(guò)小時(shí)，掩護(hù)支架沒有辦法放下來(lái)，會(huì)造成窩工，極大地影響煤炭的采掘效率[4]。

2 開采工藝優(yōu)化

2.1 巷道布置形式優(yōu)化

為了煤炭運(yùn)輸?shù)姆奖悖に嚥捎玫氖切逼露瘫谑降南锏啦贾眯问?，其工作面的最小斜度?1m，最大的斜度為130m，工作面最小的走向距離是141m，最大的走向距離是214m。該采煤方案可實(shí)現(xiàn)自溜出煤，無(wú)需使用輸送機(jī)設(shè)備，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是該方式卻需要由人工完成煤炭的運(yùn)送，工作強(qiáng)度極大，煤炭生產(chǎn)效率低下。這種工作面的布置形式也限制了走向的長(zhǎng)度。為了克服以上缺點(diǎn)，對(duì)巷道布置形式進(jìn)行了優(yōu)化，采用平巷布置結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 斜坡上山平巷式出煤開采方案布置結(jié)構(gòu)

優(yōu)化后工作面的長(zhǎng)度小于600m時(shí)，采煤工作面的走向與采區(qū)的長(zhǎng)度是一致的。當(dāng)工作面的長(zhǎng)度大于600m時(shí)，工作面的走向應(yīng)視采區(qū)的實(shí)際情況確定。優(yōu)化后巷道內(nèi)垂高約為30m，工作面的斜道長(zhǎng)度為74m，巷道內(nèi)兩天收作眼間相距9m，在運(yùn)輸平巷處設(shè)置有4m的煤柱，每個(gè)煤柱之間相距6m，在超前工作面上設(shè)置3組溜煤的小眼。

2.2 爆破工藝優(yōu)化

為提高采掘效率，采用了在采面一次性爆破的方案，優(yōu)化后工作面的一次起爆工藝的炮眼布置如圖3所示。

圖3 工作巷道炮眼布置結(jié)構(gòu)

采用一次性煤層爆破方案后，在單斜2槽的680m水平西二巷內(nèi)，該工作面的原產(chǎn)量為8046.42t，按其平均煤層厚度為2.5m，采面的長(zhǎng)度為30m計(jì)算，優(yōu)化煤層爆破方案后該區(qū)段煤的月產(chǎn)量可達(dá)11362.3t，產(chǎn)量提升了41.21%。

2.3 掩護(hù)支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了克服舊的掩護(hù)支架對(duì)巷道采面結(jié)構(gòu)適應(yīng)性不足的缺點(diǎn)，該礦對(duì)掩護(hù)支架的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了優(yōu)化[5]，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后掩護(hù)支架結(jié)構(gòu)示意圖

柔掩面均采用偽斜面布置形式，在巷道內(nèi)，掩護(hù)支架需要由人工搬運(yùn)到采面，因此若支架結(jié)構(gòu)繁雜、沉重，將嚴(yán)重限制其在巷道內(nèi)的應(yīng)用。因此，采用了2.8m寬的簡(jiǎn)易支架結(jié)構(gòu)形式，該支架采用11號(hào)工字鋼結(jié)構(gòu)，在支架下部設(shè)置有4根直徑為32mm的鋼絲繩，通過(guò)放松螺栓和夾板，使其構(gòu)成柔性整體，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。

表2 掩護(hù)支架結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)登?？得簶I(yè)急傾斜工作面單產(chǎn)影響因素的分析，結(jié)合單斜2槽的實(shí)際情況，提出了開采工藝和支護(hù)優(yōu)化方案。通過(guò)一系列優(yōu)化后，單斜2槽工作面的煤炭產(chǎn)能提高了41.21%，通過(guò)對(duì)掩護(hù)支架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，極大降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了班組的作業(yè)效率。新的急傾斜煤層開采工藝方案的提出，有效解決了登?？得簶I(yè)斜煤層煤炭開采效率低下的難題，具有較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。