复杂型急倾斜煤层的开采方法分析

曾庆滨

摘 要：针对深部急倾斜煤层开采地质条件日趋复杂以及原有采煤方法出现的不适应问题，文章结合矿井实际地质条件，分析了原有采煤法存在的问题，提出一种改进的伪倾斜斜坡短壁采煤法，并对该项采煤法工艺流程及参数进行介绍。工程实践证明，新采煤方法对复杂开采地质条件具有良好的适应性，保证了工作面开采的安全与高效。

关键词：复杂型急倾斜煤层；伪倾斜斜坡短壁采煤法；工艺参数；效果

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）14-0177-02

据相关资料统计显示，急倾斜煤炭资源在国内煤炭资源总量中占有比例接近4%。急倾斜煤炭矿床地质条件一般十分复杂，尤其进入深部开采之后，煤层开采中遇到瓦斯含量大、断层构造数目多、煤层储量少、工作面支护难度大等问题，如何安全、经济地回收急倾斜煤炭资源是矿井生产的当务之急。

1 工程概况

南方某矿井井田范围内有极为发育的断层、褶曲构造，地层整体产状呈背斜，向东南倾斜。该矿井主采煤层埋深为 450 m，煤层均厚2.3 m，平均倾角为50 °，为一急倾斜煤层。煤层顶板岩性以细粉砂岩为主，结构较为完整，但随着工作面推进容易垮落。矿井原布置工作面长度为90 m，倾角超过50 °。原设计工作面开采方式为斜坡中深孔爆破采煤，但随着矿井开采深度的增加，工作面遇小断层、小错动等地质构造频率大大增加，顶管管理难度逐渐增加，已经严重影响到矿井的正常开采活动。矿井结合工程地质条件，设计对原有开采工艺进行调整，采用伪倾斜斜坡短壁采煤法对深部复杂急倾斜煤层进行开采。

2 伪倾斜斜坡短壁采煤法

2.1 开采工艺

伪倾斜斜坡短壁采煤法是由斜坡采煤工艺发展而来，根据煤层地质条件，按照一定垂直高度，通过多组回采斜坡将开采煤层划分为若干斜形开采条带，其采区布置，如图1所示。各工作面长度较原有开采方式要短（为75 m），但数量明显增多。同时，伪倾斜斜坡短壁回采工艺中冒落矸石滑入采空区，不会对工作面生产安全与产煤含矸率造成影响。工作面仍采用爆破落煤方式，并且由于顺槽倾斜角度较大，落煤可在自身重力作用下自溜至运输巷煤仓。

矿井开采确定采用原有技术设备，即选用矿井技术条件相对成熟的爆破工艺。但是，需对原开采工艺参数进行调整，包括顺槽开拓与爆破工艺参数。伪倾斜斜坡短壁采煤法中，采区巷道采用多溜槽布置方式，首采斜坡倾角控制在°，且保证工作面与主斜坡二者的边界相互重合；顺主斜坡方向，每间隔布置一分斜坡，分斜坡倾角应略微比主斜坡倾角大。本矿井控制分斜坡倾角超过°，并将分斜坡边界延伸至工作面。开采过程中自上至下依次对分斜坡工作面进行回采，可同时回采两个分斜坡工作面，保证工作面生产的连续与生产效率。

2.2 工作面落煤

工作面落煤仍为爆破落煤，但需对爆破落煤参数进行调整。爆破参数的设定过程中需综合考虑工作面落煤效果和顶板稳定性，确定最优化的爆破参数。在斜坡伪倾斜短壁采煤法中，爆破实行“多打炮眼，少装药”的方针，这种方式有助于降低爆破过程对顶板的扰动程度。在此基础上，控制炮眼打设角度，炮眼水平控制角度与垂直角度可设定为10 °、3～5 °，底角炮眼不超过5～15 °。工作面上部定眼过程应确保其不穿过顶板。爆破最小抵抗线在两个点柱之间，以防爆破过程损坏工作面支护设备。为避免一次起爆中能量波过程对顶板造成多次扰动破坏，工作面爆破形式最好选择毫秒爆破技术，相应的炮眼参数与爆破形式可根据矿井条件进行调整。

2.3 顶板管理

在斜坡采煤法中，煤体力矩表达式为：

其中：M——力矩，N.m；——煤体受力，一般可取煤层重力进行计算，N；L纵——纵向斜坡长度，m；a——煤层倾角。

由上式可知，煤体纵向斜坡长度对于不同方向顶板破坏程度有着直接的影响，其值越大，顶板的稳定性就越差。因此在伪倾斜斜坡短壁采煤法中，为避免顶板矸石溜入工作面，需缩减纵切面方向斜长。采空区顶板采用分区管理方式，缩减采空区面积，降低采空区顶板管理难度。工作面顶板管理方案亦需要进行调整，改变原有方案点柱配合方式与布设参数。

急倾斜煤层受力主要在铅锤方向与顺煤层层面方向力的作用，工作面顶板管理应针对性地调整支护方式。新采煤方法中工作面支护采用戴帽点柱，采用单密控顶方式。为降低点柱上端应力集中对顶板造成破坏，可适当缩减点柱底部截面积。调整点柱支护的控顶距，原有顶板管理方式中控顶距离过大，容易造成漏矸或局部冒顶问题，需缩减点柱支设间排距（一般取800×800 mm），并在应力集中区域或顶板破碎地段进行加强支护，适当增加点柱支护密度。工作面后方切顶采用双密切顶方式，通过双排点柱切断顶板，降低工作面控顶距离，避免控顶距过长而损毁工作面设备。工作面片帮问题采用点柱贴帮或刹帮进行解决，通过多种顶板管理措施，确保开采空间围岩的稳定性。

2.4 技术安全管理措施

矿井开采采用双工作面布置，需对矿井原有单工作面生产的技术管理措施进行调整，确保平行作业工艺的顺利开展。结合煤矿安全规程，以实现平行作业和提高循环效率为目的，对各生产工序生产时间与空间上的衔接、配合作科学的设计。安全制度上亦应进行相应的完善工作，加强施工质量管理与监督工作；各班可设立质检原，对施工质量进行自检或互检，消除工作中的不安全因素。

3 工艺施行效果分析

工作面自实行伪倾斜斜坡短壁采煤法后，未出现任何安全事故，生产安全性得到有力的保障。工作面开采中通过改善支护与采空区管理方式，大幅度提高了工作面围岩与采空区顶板的稳定性，降低了冒顶、漏矸、窜矸与耙煤事故等安全事故发生率，节省了采空区支护成本。新采煤方法中还大大提高了工作面资源回收率，改善了开采中丢煤、漏煤、压煤、孤岛煤柱留煤等情况。通过矿井双斜坡工作面的布置，矿井工作面产能得以提升，保障了矿井生产效益。

通过科学地制定生产组织方式，工作面生产速率得以大幅度提升，采区双工作面在半年内完成安全回采工作，缩短开采用时一半以上。

4 结 语

就现阶段而言，中深孔爆破采煤法在南方急倾斜煤层开采中应用仍较为普遍，但传统小区段溜煤眼或溜煤斜巷方式通风存在严重问题，易造成工作面风量不足、风速超限、串风等情况。此种采煤方法对断层、褶曲等地层条件复杂的急倾斜煤层开采适应性较差，开采中需要花费大量人力与物力对工艺问题进行维护，不符合当前煤矿企业生存发展。伪倾斜斜坡短壁采煤法对于复杂型地质构造具有良好的适应性，通过合理设定技术参数与制定技术管理措施，能够有力保障急倾斜生产工作面的安全与高效，提高煤炭资源回收率。

参考文献：

[1] 于海涛，王鹏林.浅谈对急倾斜煤层的主要开采方法分析[J].黑龙江科 技信息，2008，（36）.

[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] 许福宝.复杂型急倾斜煤层的开采技术研究[J].企业技术开发，2015，（26）.