急倾斜煤层综采方法的合理选择与实现安全高效的途径

王耀宇

（中国平煤神马能源化工集团有限责任公司质量技术监督中心 河南 平顶山 467000）

0 概述

急倾斜煤层开采方法一直是采矿技术中的难题。我国急倾斜煤层开采技术的改革和发展，人们长期对急倾斜煤层机械化开采作出了不懈的努力和探索，并取得了可喜的进展，不断淘汰落后的采煤方法。随着急倾斜煤层综采开采技术的不断发展。使的急倾斜煤层综采单产不断提高，我国现已达到国际领先水平。现我国采用水平分层综采放顶煤、巷柱-水平分层综采放顶煤，分别实现单产达到200万吨/个/年、150万吨/个/年的水平；采用倾斜走向长壁综采放顶煤、倾斜走向长壁伪斜布置综采一次采全高，单产4-6万吨/个/月的水平；对于70°的急倾斜薄煤层采用刨运综采机组开采。本文就根据急倾斜煤层的赋存条件合理选择综采采煤方法。实现矿井安全高效，并就其制约因素探讨解决的途径。

1 急倾斜煤层综采的采煤方法

现我国根据不同煤层厚度等赋存条件，急倾斜煤层综采开采方法有：①水平分层综采放顶煤；②巷柱-水平分层综采放顶煤；③倾斜分层（改变倾角）走向长壁综采放顶煤；④倾斜走向长壁变线布置综采放顶煤；⑤倾斜分层走向长壁综采放顶煤；⑥倾斜走向长壁伪斜布置综采一次采全高；⑦巷柱式综采放顶煤采煤法。

2 急倾斜煤层综采适应条件

2.1 急倾斜水平分层综采放顶煤采煤法

采用水平分层走向长壁后退式采煤。低位放顶煤综采，用全部垮落法管理顶板。巷道布置：工作面进回风巷及开切眼均布置在同一标高的煤体中，进、回风巷沿煤层顶、底板布置。

适应于煤层厚度大于20m；煤层f≥0.8的；在采面走向长度范围内厚度基本无变化，无落差较大的断层，煤层稳定；近距离（层间距在3.0m以下）急倾斜煤层，采用联合布置。

急倾斜水平分层短壁综采放顶煤综采工作面，现多采用轻型放顶煤液压支架，工作面短；①轻型放顶煤液压支架采高一般在2.5m，顶煤可放高度小，循环采放产量低，造成工作面单产低、工效率低；②液压支架工作助力小，不利于放顶煤，影响顶煤可放高度；③由于采放高度低，万吨掘进率高，造成接替紧张；④增加采放高度，在底板巷采取超前预裂爆破，当煤质较硬时，有时爆破效果不佳时，存在被迫架顶深孔预裂爆破的不安全问题；⑤制约采放高度的关键是综采设备的性能、煤体软化预裂技术。

2.2 巷柱-水平分层综采放顶煤采煤法

将一定阶段高度的煤层划分为上、下两个分层工作面，下分层工作面布置超短水平分层综采放顶煤工作面，上分层布置巷放工作面，两工作面共用一个放煤工作面，综放面回风巷、运输（进风）巷、在分段底部沿煤层顶、底板布置，在上分层的底部布置煤层弱化工艺巷。采用“一进两回”通风方式，利用工艺巷完分段对进行顶煤弱化，增加采放高度，大段高集约化壁式开采。将巷柱式放顶煤开采技术的垂直集中与综采放顶煤开采技术的横向集中生产的优势结合起来，提高效率。

适用于煤层厚度在10m-30m，利用工艺巷顶煤预裂问题，增加采放高度，增加循环产量；在采区走向长度范围内厚度基本无变化，无落差较大的断层，煤层较稳定。用于中软（f≥0.8）的煤层；对于急倾斜煤层首采综放面，顶板难以垮落，利用工艺巷对顶板进行爆破；关键是提高顶煤软化技术的安全问题。

2.3 倾斜分层（改变倾角）走向长壁综采放顶煤

工作采取倾斜走向布置，进回风巷布置为：回风巷沿煤层底板布置，运输巷沿顶板布置；将急倾斜煤层综放工作面倾角改变成缓倾斜综放工作面，增加综放工作面的采长、储量。综放工作面倾角在倾角25°以下技术是成熟的。

适用于煤层厚度≥25m，煤层倾角在45°～50°范围；煤层厚度≥30m，煤层倾角在 50°～60°范围；f≥0.8 的煤层；采放高 10m～14m；煤层赋存稳定，在采面走向长度范围内厚度基本无变化，无落差较大的断层。

2.4 倾斜走向长壁变线布置综采放顶煤

工作采取倾斜走向布置，进回风巷布置为：回风巷沿煤层底板布置，运输巷沿顶板布置；工作面总体上是顺煤层底板倾斜布置，在靠近下端头区域采取变线方式逐渐改变角度，至端头巷道处完全呈水平状。即：工作面采用水平-圆弧-倾斜-水平布置方式，工作面垂直与巷道走向。端头、端尾支架水平放置，解决了工作面上下端头大倾角的影响，为下一区段工作面回风巷道布置在卸压区和瓦时释放及三角煤回收创造了条件。

2.5 倾斜分层走向长壁布置综采一次采全高的采方法

对于具有煤与瓦斯突出厚煤层采取倾斜分层走向长壁布置综采一次采全高的采方法。通常此方法用于首分层，根据煤层厚度分层开采；在抽放达标、“消突”的前提下，下分层采用急倾斜分层走向长壁变线布置综采放顶煤；

适用于：煤层硬度f≥1.5的煤层；煤层赋存稳定，在采面走向长度范围内厚度基本无变化，无落差较大的断层；煤层顶板：2类以上中等稳定顶板；煤层底板要求：Pdm≤Pp；当煤层厚度H≥20.0m时，煤层硬度f≥1.0的煤层；首分层采用急倾斜分层走向长壁布置综采一次采全高（工作面倾角＜25°）；下部分层采用倾斜走向长壁变线布置综采放顶煤。 采放高 10m～14m（工作面倾角＜25°）。

2.6 急倾斜走向长壁伪斜布置综采一次采全高

在倾角一般在45°～60°的薄、中厚煤层中成功实现走向长壁综合机械化采煤,采用国产设备实现生产，工作面倾斜长限制在120m以内，并采用伪斜布置。

适用煤层厚0.7m～3.5m；煤层赋存稳定，在采面走向长度范围内厚度变化不大，无落差较大的断层；煤层顶底板，3类以上稳定顶板；煤层底板要求：Pdm≤Pp；煤层硬度f值要求，应随采高增大而增大。

2.7 巷柱式综采放顶煤采煤法

急倾斜煤层巷柱式综采放顶煤采煤法，根据急倾斜煤层的矿山压力与放顶煤的特点，回采工艺实际只有破煤、放煤、运煤三道工序，不用支护采空区和进行顶板管理，相当于少了两道工序，使得工艺非常简单。工人只在放煤巷内作业，劳动强度轻。

巷柱式综采放顶煤适用厚度在3.5～10m的急倾斜煤层，煤层厚度不稳定的煤层；一般煤层倾角＞50°，煤层倾角越大效果越好；现装备不能实现小班多循环作业；①运输平巷液压支架不能实现自移；②放煤量可控性不强，由于刮板运输机运输能力小，放煤集中易压死；③运输机、液压支架移动靠绞车拉移，不能实现自移；④单产水平低。

3 急倾斜煤层综采方法的合理选择实现安全高效

根据煤层的赋存开采技术条件，选择合适综采采煤方法，并有效解决关键技术是实现急倾斜煤层矿井实现安全高效的关键。

水平分层综采放顶煤、巷柱—水平分层综采放、走向长壁倾斜分层（改变倾角）综放开采。在综采设备及工艺上需解决如下问题。①综采设备采用大采高、大功率，具有快速移架的大工作阻力的液压支架；②简化短壁两端工艺，采用巷道上下两端超前支护串联自移式液压支架。有效解决和加强超前预裂爆破区域巷道的支护。

放顶煤端头液压支架,具有支撑强度高、移架速度快、人员操作安全便利、移架不受割煤影响等特点,可以解决放“三角煤”问题；③需研制和选择配套适合短壁的大采高采煤机；④提高工作面超前深孔预裂爆破软化技术、顶煤注水软化煤体、底板三角煤爆破回收技术；⑤利用CO2物理爆破技术,代替炸药爆破,爆破全过程没有火花外露，对高瓦斯矿井的爆破作业,尤为安全。避免采用炸药爆破所固有的危险性，在工作面对顶煤进行深孔预裂爆破，提高预裂效果,增加采放高度。并扩大巷柱—水平分层综采放顶煤采煤方法的应用范围。

走向长壁倾斜分层综采放顶煤采煤方法，主要应用在中型以上的矿井，煤层厚度在4.0～15m的急倾斜煤层，把缓倾斜煤层的回采工艺引入急倾斜特厚煤层，易于放顶煤，从增加循环产量，缓解接替紧张问题等，是急倾斜煤层采用走向长壁综采，提高矿井整体效益的一种途径。

具有煤与瓦斯突出厚煤层，主要解决降低掘进率、减少掘进工程量和确保掘进安全，缓解矿井接替紧张的问题。采取倾斜分层走向长壁布置综采一次采全高的采方法。通常此方法用于首分层，根据煤层厚度分层开采；并在抽放达标、“消突”的前提下，下部分层采用急倾斜分层走向长壁变线布置综采放顶煤；主要解决①增加瓦斯释放的煤体的暴露面，增加瓦斯自然释放量，起到开采解放层的目地；②高瓦斯、突出矿井减少巷道工程量，有利于安全管理；③解决接替紧张的问题；④减少矿下作业人员，提高工效。

巷柱式综采放顶煤采煤法,根据煤层厚度，①采用大工作阻力串联自移式支架，简化工艺；加强巷道(超前预裂区域)的超前支护。放顶煤（端头）液压支架,具有支撑强度高、放煤量有效控制、移架速度快、人员操作安全便利（超前支架根据地质条件，可选择简易超前支架，提高其灵活适应性）；②在上巷采取提高预裂爆破软化技术、超前顶煤注水软化煤体、煤爆破回收技术。易于放顶煤，从而增加采放高度、循环产量，缓解接替紧张问题等；③利用C02物理爆破技术，在上巷对顶煤进行深孔预裂爆破，并可以应用到高瓦斯矿井，确保爆破安全；④运输机采用桥式转载机（配破碎机），与可缩皮带机配合，实现小班多循环作业，提高单产水平。

随着综采装备性能的提高和配备，顶煤安全软化技术的发展和应用，（1）在瓦斯、高瓦斯矿井、突出矿井（在瓦斯抽放达标、“消突”的前提下），在急倾斜特厚煤层，采用水平分段综采放顶煤和巷柱-水平分层综采放顶煤，是急倾斜煤层开采方法的主要发展之一；（2）大型矿井、高瓦斯、突出矿井，在瓦斯抽放达标、“消突”的前提下，根据煤层厚度等条件，选择适合的倾斜分层（改变倾角）走向长壁综采放顶煤、倾斜走向长壁变线布置综采放顶煤、倾斜分层走向长壁综采；（3）急倾斜煤层的厚度大部分在10m以下，并且赋存条件复杂的矿井。煤层厚度在3.5～10m，综采巷道放顶煤采煤法为该类煤层的开采找到了一条有效的途径。特别是在中小矿井，工序工艺简单，用人少，工效高的特点，值得推广应用；（4）对于煤层厚度在1.3～3.5m的稳定煤层，急倾斜走向长壁伪斜布置综采一次采全高采煤方法；（5）对于煤层厚度在0.7～1.3m的稳定薄煤层，随着开技术的成熟，采用急倾斜薄煤层刨运综采机组开采。

［1］王颖泓，李前.急倾斜特厚煤层水平分层综采放顶煤开采[J].煤炭 科学技术，1995(6)：26-28.

［2］刘耀明，仇安东，谢飞鸿，刘京学.急倾斜坚硬煤层预弱化放顶煤技术[J].煤矿开采，2009(4)：17-18.

［3］许红杰.5～10m急倾斜厚煤层巷柱式放顶煤开采巷道系统优化设计研究[D].中国科协2005学术年会,论文集“高效、安全洁净、结构优化，实现煤炭可持续发展”论文集，2005：144-151.

［4］曹树刚，张遵国，彭勇，刘华林.急倾斜煤层走向长壁综采工艺技术[J].煤炭科学技术，2010(10)：22-26.

［5］聂政.二氧化碳炮爆破在煤矿的应用[J].煤炭技术，2007(8)：66-67.