复杂型急倾斜煤层的开采技术研究

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摘 要：矿井开采深度增加的同时，也增加了煤矿地质条件的复杂程度，尤其对于急倾斜煤层而言，其本身开采难度较大，地质条件的恶化使得开采难度直线增加，原有的开采技术也凸显出不适应性，需要进行相应地调整。文章结合南方某复杂型急倾斜煤层的开采，分析了其地质条件及原斜坡中深孔爆破采煤法的不足，提出可行的伪倾斜斜坡短壁采煤法，并就其主要技术参数及安全管理措施进行分析，实践证明，新开采技术效果良好。

关键词：复杂型急倾斜煤层；伪倾斜斜坡短壁采煤法；技术参数；管理措施

中图分类号：TD823.21 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0169-01

1 工程概况

井田范围内褶曲与断层极为发育，矿体整体呈一背斜状态，倾角向南东倾伏。南方某煤矿主采煤层平均埋深在430 m，煤层倾角在46～60 °，平均为49 °，为急倾斜煤层。主采煤层厚度在0.9～2.2 m，均厚为1.6 m，煤质坚硬。回采工作斜长为85 m，倾角在50 °以上。矿井原采煤方法为斜坡中深孔爆破采煤法，但随着开采水平的延伸，煤矿开采地质条件愈加复杂，顶板易垮落，工作面推进过程中遇小断层与错动层频率较高，使得原设计采煤方法中在实际开采中问题频出，亟待进行开采工艺的调整。

2 复杂型急倾斜煤层的开采技术

2.1 伪倾斜斜坡短壁采煤法

伪倾斜斜坡短壁采煤法是在斜坡采煤工艺基础上改进得到的采煤技术，通常是指在急倾斜煤层中依据一定的垂直高度，通过成组的伪倾斜巷道（即回采斜坡），将煤层划分成若干条斜形开采带；在留有一定厚度顶煤的基础上，通过爆破法对煤炭资源逐层地进行回采，落煤由倾斜的巷道直接自溜到运输巷煤仓中，从而实现采区内煤炭的无动力输送，构成较简便的采煤工艺。

2.2 开采技术参数

此种采煤方法需要顺槽的数量较多。同时，由于工作面开采采用短壁开采方式，爆破落煤中要求制定适宜的爆破技术，包括炮眼打设、装药等放炮工艺。鉴于矿井井下工作人员普遍不高，原有爆破工艺技术已经较为成熟，为节省矿井成本，决定沿用先前生产习惯与技术参数。伪倾斜斜坡短壁采煤法有其自身的特点与技术要求，施行过程中必须注重各个环节的技术参数。伪倾斜开顺槽方式为：首先工作面主斜坡仍然沿着煤层方向布设，主斜坡倾角控制在24～25 °，主斜坡边界需与工作面边界重合；沿着主斜坡方向，每间隔一定距离（25～30 m）挖掘分斜坡，分斜坡挖掘角度应控制在26 °以上，依次挖掘分斜坡直至工作面边界；煤层开采顺勋应遵循自上而下的原则，从上往下依次开采各分斜坡工作面。工作面回采过程中，为保证开采的连续性，两个工作面往往同时进行回采。

伪倾斜斜坡短壁采煤法中落煤采用放炮形式，要求多打炮眼、少装药，尽可能避免放炮过程中对顶板的扰动，保证工作面在回采过程中顶板与围岩最大程度的完整性和稳定性。在开采同一位置中，应尽可能缩减倾斜面斜长（纵切面方向）。煤体在斜坡中的力矩可用下式计算：

M=GL纵・sinα

其中：M为力矩；G为煤体所受重力，G=mg；L纵为斜坡上某一采点的斜长。

分析上式可知，L纵反映铅锤方向与沿层面的破坏程度，其值越小越有利于顶板的稳定，降低顶板沿倾斜方向冒落情况的发生率。在施行伪倾斜斜坡短壁采煤法中，为减少顶板冒落矸石溜入工作面，工作面支护需额外注意，在原有支护设备基础上进行改进，以适应新采煤方法的变化。

2.2 工作面落煤及支护

①工作面落煤主要采用爆破方式进行，其落煤效果与爆破参数的设定有着直接的关系。设定爆破参数主要考虑两方面的因素，即落煤效果与顶板稳定性，参数制定需在二者之间取得最佳值。在伪倾斜开采过程中，炮眼的水平角度应控制在10°左右，尽量使爆破的最小抵抗线介于两点柱之间；同样保证尽可能多打炮眼，装药量要少，降低爆破对顶板及围岩的扰动，避免崩坏支护点柱。炮眼的垂直角度应控制在3～5 °范围之内，定眼不穿过顶板；底角炮眼角度要小于5～15 °。爆破形式最好采用毫秒延期雷管进行引爆，也可结合矿井实际条件进行调整。

②为提高煤层开采过程中的安全性与可操作性，需调整原有的顶板管理方案。由于急倾斜煤层工作面开采中应力集中主要出现在铅锤方向以及沿层面的方面，因此可选择戴帽点柱的方式进行支护，点柱底部要进行削尖处理；同时，为了减少控顶距离，应合理分配点柱的间排距，原则上控制在800×800 mm。顶板条件恶劣地段进行加强支护，增加点柱支设密度，选用多柱或者丛柱进行支护。工作面采用“单密控顶，双密切顶”方式进行管理，偏帮区域需采用贴帮支护与刹帮方式进行处理，综合采用多种方式，确保工作面顶板及围岩的稳定性。

2.3 技术安全管理措施

除了对原开采工艺进行改造优化，还需对技术管理措施进行相应的调整。技术管理制定的方针要以煤矿安全规程作为主要参考依据，尽可能提高循环作业的效率，实施平行作业方式。以工作面平行作业为前提，合理安排各工序的时间与衔接，在确保本职工作的基础上，实现各环节之间的有效协作，确保整个开采循环过程的顺利完成。除此之外，还要设立完善的质量监督机制，保证每班都安排有质量检查人员，确保工作面支护与开采的正常进行。

3 工艺施行效果分析

矿井采用伪倾斜斜坡短壁采煤法之后，工作面煤炭资源开采中并未出现顶板漏矸等安全事故，减少了原采煤方法中的丢煤、压煤和挂煤问题，避免了采区孤岛煤柱等资源浪费情况的出现，最大程度地提高了矿井资源回收率；同时，煤矿制定了较为完善的技术安全管理措施，通过严密的劳动组织来实现工作面的正常循环。

工作面辅助支护搓成采用点柱以及木板背帮，控制工作面顶底板以及上煤帮煤体的稳定性。在斜坡短壁采煤法中，采空区管理方式采用分区管理，工作面开采过后留下的采空区面积较小，有利于采空区顶板的管理，降低了采空区支护材料消耗量；并且此种方式改善了原有爆破采煤压煤、挂煤等问题，避免了工人在支护不良采空区耙煤操作，提高了工作面开采的安全性。

4 结 语

斜坡采煤法是由倾斜煤层中的小阶段爆破采煤法以及分层放顶采煤法相互结合而逐渐形成的。这种方法对于多褶曲与多断层复杂构造地层中的不稳定、多变化煤层的开采有着极好的适应性，特别是在急倾斜煤层、鸡窝状煤层等复杂开采煤层，无法使用机械长壁采煤法和支架掩护采煤法的条件下均可获得良好的应用。正是由于其对复杂地质环境优良的适应性，使得其在我国南方诸多复杂煤田的开采中得到了广泛的使用。在实际应用中，需根据矿井地质条件以及煤矿现有设备的情况，相应地调整开采技术参数，确保矿井安全，提高煤炭回收率。

参考文献：

[1] 刘栋.不稳定煤层的爆破采煤[J].煤炭技术，2008，（7）.

[2] 林绍华，刘永胜，徐颖，等.复杂型急倾斜煤层的开采技术[J].煤炭技术，2008，（11）.

[3] 周桂铨，黄文呈.基于不稳定型急倾斜薄煤层实用性开采技术的研究[J].龙岩学院学报，2011，（2）.