急倾斜煤层开采工艺和支护方法优化

于 洋

（山西焦煤西山煤电登福康煤业，山西 古县 042403）

作为西山煤电下属的一个大型煤炭生产企业，登福康煤业近年来不断加大对倾角较大煤层的开采力度，但在开采中始终存在煤炭损失率高、开采效率低下等问题，极大限制了该矿煤炭生产效率的提高和经济效益的进一步增加。因此，登福康煤业希望寻找一种新的采掘工艺，提高开采效率和开采安全性[1-2]。

1 原急倾斜煤层开采工艺

（1）原采煤工艺。先前登福康煤业在急倾斜工作面开采时，采用的采煤工艺方法是柔性掩护支架采煤法，由采区平巷道按照22°的伪倾斜角掘溜煤的斜坡，布置开切眼，进行开采。其巷道综采面的布置结构如图1所示。

柔性掩护支架由工字钢制成，支架的宽度为2m，支架通过钢丝绳、夹板等组成一个完整的柔性体，使用的钢丝绳直径为20mm，禁锢螺丝采用Φ16mm防松螺钉，所用夹板尺寸为350×180×55mm。在该工作面进行开采时，开采工序：准备阶段→打炮眼→布设雷管→放炮作业→扒煤→支护→放架→放架后煤。

图1 登福康煤业柔性掩护支架工作面巷道结构示意图

（2）影响急倾斜煤层工作面单产因素。柔掩面主要分布于矿区的单斜2槽处，煤层厚度0.9～17.6m，倾斜角16°～70°。煤层内存在一定的夹石，有分层的现象。煤层上部较薄，在西下部分煤层较厚，地质条件如表1所示。

表1 单斜2槽处工作面的地质条件

由于急倾斜煤层处的地质条件较为复杂，在巷道内煤层有部分倒转情况[3]，煤层底部有小断层，直接影响到了柔掩面开采效率。顺煤层走向，煤层厚度存在突变的情况。当巷道内煤层的厚度过大时，掩护支架的宽度较小，架后煤没有办法及时采掘出来。而当煤层的厚度过小时，掩护支架没有办法放下来，会造成窝工，极大地影响煤炭的采掘效率[4]。

2 开采工艺优化

2.1 巷道布置形式优化

为了煤炭运输的方便，原工艺采用的是斜坡短壁式的巷道布置形式，其工作面的最小斜度是61m，最大的斜度为130m，工作面最小的走向距离是141m，最大的走向距离是214m。该采煤方案可实现自溜出煤，无需使用输送机设备，结构相对简单，但是该方式却需要由人工完成煤炭的运送，工作强度极大，煤炭生产效率低下。这种工作面的布置形式也限制了走向的长度。为了克服以上缺点，对巷道布置形式进行了优化，采用平巷布置结构，结构示意如图2所示。

图2 斜坡上山平巷式出煤开采方案布置结构

优化后工作面的长度小于600m时，采煤工作面的走向与采区的长度是一致的。当工作面的长度大于600m时，工作面的走向应视采区的实际情况确定。优化后巷道内垂高约为30m，工作面的斜道长度为74m，巷道内两天收作眼间相距9m，在运输平巷处设置有4m的煤柱，每个煤柱之间相距6m，在超前工作面上设置3组溜煤的小眼。

2.2 爆破工艺优化

为提高采掘效率，采用了在采面一次性爆破的方案，优化后工作面的一次起爆工艺的炮眼布置如图3所示。

图3 工作巷道炮眼布置结构

采用一次性煤层爆破方案后，在单斜2槽的680m水平西二巷内，该工作面的原产量为8046.42t，按其平均煤层厚度为2.5m，采面的长度为30m计算，优化煤层爆破方案后该区段煤的月产量可达11362.3t，产量提升了41.21%。

2.3 掩护支架结构优化

为了克服旧的掩护支架对巷道采面结构适应性不足的缺点，该矿对掩护支架的结构形式进行了优化[5]，优化后的结构如图4所示。

图4 优化后掩护支架结构示意图

柔掩面均采用伪斜面布置形式，在巷道内，掩护支架需要由人工搬运到采面，因此若支架结构繁杂、沉重，将严重限制其在巷道内的应用。因此，采用了2.8m宽的简易支架结构形式，该支架采用11号工字钢结构，在支架下部设置有4根直径为32mm的钢丝绳，通过放松螺栓和夹板，使其构成柔性整体，其结构参数如表2所示。

表2 掩护支架结构参数

3 结论

通过对登福康煤业急倾斜工作面单产影响因素的分析，结合单斜2槽的实际情况，提出了开采工艺和支护优化方案。通过一系列优化后，单斜2槽工作面的煤炭产能提高了41.21%，通过对掩护支架结构的优化，极大降低了人工劳动强度，提高了班组的作业效率。新的急倾斜煤层开采工艺方案的提出，有效解决了登福康煤业斜煤层煤炭开采效率低下的难题，具有较大的社会和经济效益。