急傾斜煤層回采參數(shù)研究

王 侃

（潞安化工集團(tuán)寺家莊公司，山西 昔陽 045300）

0 引言

由于近年來煤炭資源開采向中深層地層發(fā)展，煤層地質(zhì)條件變得越來越復(fù)雜，同時(shí)基于急傾斜煤層本身開采技術(shù)水平要求較高，因此需要更適用的開采工藝滿足復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的開采需要。當(dāng)前爆破采煤技術(shù)在開采過程中存在很大局限性，本文結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際，提出一種斜坡短臂采煤工藝，并就其回采參數(shù)、安全管理措施進(jìn)行分析，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證適用性良好。

1 工程背景

以某礦急傾斜煤層開采作業(yè)為例，該礦區(qū)煤層呈現(xiàn)背傾斜形式，煤層埋深370～740 m，平均埋深460 m，該急傾斜煤層最大傾角可達(dá)60°，平均傾角49°，煤層厚度0.9～2.3 m，通過地質(zhì)報(bào)告分析煤層的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足急傾斜煤層標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段該煤層開采工作采用深孔爆破方式，但由于煤層地質(zhì)條件復(fù)雜，當(dāng)前爆破方式經(jīng)常出現(xiàn)頂板垮落等安全問題，因此急需通過提出新型回采工藝，對(duì)回采工作進(jìn)行優(yōu)化。

2 急傾斜煤層開采工藝

2.1 斜坡短臂采煤工藝

斜坡短臂采煤工藝是基于急傾斜煤層結(jié)構(gòu)特征設(shè)計(jì)出的一種新型回采技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)在急傾斜煤層中有著顯著優(yōu)勢(shì)，通過煤層傾斜角度挖掘出多條與煤層近似相平行的開采斜坡，通過這些開采斜坡將煤層進(jìn)行條帶式劃分，并結(jié)合這些劃分出的條帶式煤層各區(qū)塊地質(zhì)條件，分別進(jìn)行逐個(gè)爆破開采，通過爆破手段將煤塊爆破并在傾斜地勢(shì)作用下自動(dòng)下落至煤倉。該采煤工藝的特點(diǎn)在于對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)性較強(qiáng)，通過劃分條帶方式結(jié)合各條帶區(qū)段的地質(zhì)特征，逐個(gè)進(jìn)行爆破開采，避免了斷層等地質(zhì)條件對(duì)回采工作造成的影響。同時(shí)通過類似分層放頂煤開采工藝，多次分階段爆破形式，解決了以往急傾斜煤層深孔爆破造成的壓煤問題，開采效率大幅提高，頂板也更加安全。

2.2 主要回采技術(shù)參數(shù)

2.2.1 工藝巷道布置方式

斜坡短臂采煤工藝需要在多個(gè)小條帶區(qū)段進(jìn)行爆破作業(yè)，因此需要對(duì)爆破技術(shù)包括爆破作業(yè)中的打炮眼、裝藥以及放炮等工藝流程進(jìn)行嚴(yán)格把控，限制爆破范圍。同時(shí)斜坡短臂采煤工藝也具備與普通急傾斜煤層回采工藝不同的回采技術(shù)參數(shù)。該項(xiàng)采煤工藝布置流程為：在順槽中應(yīng)沿煤層傾斜方向挖掘出一條斜坡，條帶斜坡終端與煤倉相連且應(yīng)具備一定傾斜角度，通常設(shè)置25°左右，保障爆破下落煤礦可自行沿回收巷流入煤倉中。斜坡間距通常設(shè)置30 m 左右，斜坡采用至上而下的挖掘順序，具體工藝巷道布置方式如圖1 所示。

圖1 回采工藝布置方式

該項(xiàng)工藝重點(diǎn)在于依靠精準(zhǔn)爆破手段將單個(gè)條帶內(nèi)煤礦爆破下落，同時(shí)避免爆破威力對(duì)頂板巖層造成影響，保證頂板巖層穩(wěn)定，其中所需爆落煤塊及上覆巖層承受力矩如式（1）所示：

式中：M 為煤塊承受力矩，N·m；G 為煤塊自身重力，N；L 為各條帶斜坡的長度，m；α 為煤層傾角，（°）。通過分析上式可以看出，為保證頂板巖層不會(huì)隨煤塊爆破下落之后發(fā)現(xiàn)冒落，應(yīng)盡可能降低條帶斜坡長度L數(shù)值，數(shù)值越小煤塊及上覆巖層所受力矩也就越小?；蛲ㄟ^增強(qiáng)支護(hù)形式，防止冒落矸石、巖體對(duì)煤塊質(zhì)量造成影響[1]。

2.2.2 工藝落煤方式分析

采用打眼放炮落煤方式，同時(shí)通過自溜完成運(yùn)煤工作。斜坡短臂采煤工藝中的爆破工藝主要受到以下兩個(gè)方面的影響：

一是頂板穩(wěn)定性以及爆破落煤量，工藝中爆破威力不足會(huì)影響到落煤量，造成煤炭資源浪費(fèi)的同時(shí)，延誤生產(chǎn)效率。但爆破威力過大則會(huì)造成頂板巖層冒落，影響頂板巖層穩(wěn)定性的同時(shí)對(duì)原煤質(zhì)量造成影響，因此要結(jié)合條帶內(nèi)富含煤量靈活調(diào)整爆破參數(shù)；

二是相鄰條帶內(nèi)爆破產(chǎn)生的影響，安裝炸藥的位置選取應(yīng)盡可能在條帶中間位置，同時(shí)通過增加炮眼數(shù)量的方式，即降低爆破威力，又保證了煤體充分松動(dòng)，盡可能增加爆破落煤量。

2.2.3 工藝支護(hù)形式分析

對(duì)斜坡短臂采煤工藝中頂板的管理水平要求較高，應(yīng)在現(xiàn)有頂板支護(hù)方式上進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，保證頂板符合特殊工藝需求。在進(jìn)行斜坡短臂采煤工藝施工開采過程中，頂板主要承受上覆巖層垂直重力以及傾斜方向的作用力，為增強(qiáng)該區(qū)段頂板穩(wěn)定性，通常采用戴帽點(diǎn)柱掩護(hù)支架的支護(hù)形式，通過減小支護(hù)間距，增大點(diǎn)柱底部截面積等方式進(jìn)行頂板管理，同時(shí)在地質(zhì)條件惡劣地段可進(jìn)一步減小支護(hù)間距，甚至雙倍密度支護(hù)切頂?shù)男问奖Ｕ享敯灏踩?/p>

1）回風(fēng)順槽支護(hù)工藝。回風(fēng)順槽尺寸參數(shù)及支護(hù)形式，如圖2 所示，在完成回風(fēng)順槽斷面掘進(jìn)同時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行臥地溝、完成掩護(hù)支架組裝，同時(shí)拆掉回風(fēng)順槽內(nèi)平巷支架，完成爆破煤塊的冒落，此時(shí)掩護(hù)支架頂部會(huì)出現(xiàn)2～3 m 厚的矸石層，起到支撐作用[2]。當(dāng)支護(hù)長度達(dá)到15 m 后可將掩護(hù)支架尾端下方調(diào)節(jié)角度至30°。為增大工作人員作業(yè)空間，可更換單體支柱加鋼梁形式代替原有支護(hù)形式，并開始進(jìn)行回采作業(yè)。

圖2 回風(fēng)順槽掩護(hù)支架安裝結(jié)構(gòu)參數(shù)（單位：mm）

2）運(yùn)輸順槽支護(hù)工藝。工作面保持沿煤層走向的傾斜形式進(jìn)行推進(jìn)，達(dá)到收尾面時(shí)終止回采任務(wù)，整個(gè)回采工作在掩護(hù)支架掩護(hù)下完成，頂板全部垮落。除了在工作面進(jìn)行支架推移外，運(yùn)輸順槽內(nèi)的掩護(hù)支架也需不斷推移接長，保證溜煤順利完成。拆除的掩護(hù)支架可通過溜煤眼下放至運(yùn)輸順槽，通過材料運(yùn)輸車運(yùn)往回風(fēng)順槽，完成下一步安裝支護(hù)任務(wù)，運(yùn)輸順槽掩護(hù)支架安裝形式及結(jié)構(gòu)參數(shù)，如圖3 所示[3]。

圖3 運(yùn)輸順槽掩護(hù)支架安裝結(jié)構(gòu)參數(shù)（單位：mm）

2.3 技術(shù)安全管理

最后通過增強(qiáng)開采技術(shù)安全管理水平，保障斜坡短臂采煤工藝的有效實(shí)行，在優(yōu)化采煤工藝的同時(shí)加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)制度。首先通過指定配套施工安全規(guī)程，包括新型爆破工藝、巷道掘進(jìn)工藝中各項(xiàng)施工安全規(guī)材規(guī)定的指定工作，減少施工、爆破事故提高生產(chǎn)施工效率；其次建立新型監(jiān)督機(jī)制，通過對(duì)爆破工序中的各個(gè)階段進(jìn)行安全監(jiān)督，保障施工安全；最后應(yīng)加強(qiáng)調(diào)度管理工作，統(tǒng)籌規(guī)劃做好斜坡短臂采煤工藝中各環(huán)節(jié)之間的協(xié)同開采任務(wù)，保證生產(chǎn)過程的高效有序進(jìn)行。

3 工藝施行適用性分析

在采用斜坡短臂采煤工藝后，該礦井近期出現(xiàn)安全事故的發(fā)生率為0，沒有出現(xiàn)人員傷亡情況。同時(shí)該項(xiàng)采煤工藝于常規(guī)急傾斜煤層開采工藝相比，有效解決了回采過程中的刮煤、壓煤問題，通過回收巷傾斜一定角度煤塊重力作用下自動(dòng)落煤的形式進(jìn)行回采作業(yè)，采煤效率大幅增強(qiáng)，同時(shí)也避免了孤島開采過程中的來壓影響，有效降低了開采成本。通過指定上述完善的技術(shù)安全管理規(guī)章制度，確保了斜坡短臂采煤工藝各環(huán)節(jié)的緊密配合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的高效有序進(jìn)行。該項(xiàng)工藝可以有效減緩條帶爆破過程中對(duì)支護(hù)構(gòu)筑物造成的沖擊，支護(hù)效果較為穩(wěn)定。同時(shí)及時(shí)通過切頂工作控制采空區(qū)暴漏面積，有效降低了采空區(qū)的維護(hù)成本，也避免了頂板大面積垮落給回采工作帶來的安全隱患。

4 結(jié)語

通過介紹新型斜坡短臂采煤工藝在急傾斜煤層中的應(yīng)用，通過小條帶爆破形式進(jìn)行分層放頂開采，同時(shí)應(yīng)用急傾斜特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了爆落煤塊的自動(dòng)輸送工作，與傳統(tǒng)急傾斜煤層回采工藝相比，該項(xiàng)工藝在施工安全性、回采效率以及消耗成本上都存在顯著優(yōu)勢(shì)，也更加符合日益復(fù)雜的急傾斜煤層開采環(huán)境。由于該項(xiàng)工藝分條帶作業(yè)特點(diǎn)，也可以依據(jù)煤層所處地質(zhì)條件，靈活調(diào)整開采技術(shù)參數(shù)，保證安全高效進(jìn)行煤炭資源開采工作。