急倾斜煤层回采参数研究

王 侃

（潞安化工集团寺家庄公司，山西 昔阳 045300）

0 引言

由于近年来煤炭资源开采向中深层地层发展，煤层地质条件变得越来越复杂，同时基于急倾斜煤层本身开采技术水平要求较高，因此需要更适用的开采工艺满足复杂地质环境下的开采需要。当前爆破采煤技术在开采过程中存在很大局限性，本文结合煤矿生产实际，提出一种斜坡短臂采煤工艺，并就其回采参数、安全管理措施进行分析，经过实践验证适用性良好。

1 工程背景

以某矿急倾斜煤层开采作业为例，该矿区煤层呈现背倾斜形式，煤层埋深370～740 m，平均埋深460 m，该急倾斜煤层最大倾角可达60°，平均倾角49°，煤层厚度0.9～2.3 m，通过地质报告分析煤层的各项指标均满足急倾斜煤层标准。现阶段该煤层开采工作采用深孔爆破方式，但由于煤层地质条件复杂，当前爆破方式经常出现顶板垮落等安全问题，因此急需通过提出新型回采工艺，对回采工作进行优化。

2 急倾斜煤层开采工艺

2.1 斜坡短臂采煤工艺

斜坡短臂采煤工艺是基于急倾斜煤层结构特征设计出的一种新型回采技术，该项技术在急倾斜煤层中有着显著优势，通过煤层倾斜角度挖掘出多条与煤层近似相平行的开采斜坡，通过这些开采斜坡将煤层进行条带式划分，并结合这些划分出的条带式煤层各区块地质条件，分别进行逐个爆破开采，通过爆破手段将煤块爆破并在倾斜地势作用下自动下落至煤仓。该采煤工艺的特点在于对复杂地质条件的适应性较强，通过划分条带方式结合各条带区段的地质特征，逐个进行爆破开采，避免了断层等地质条件对回采工作造成的影响。同时通过类似分层放顶煤开采工艺，多次分阶段爆破形式，解决了以往急倾斜煤层深孔爆破造成的压煤问题，开采效率大幅提高，顶板也更加安全。

2.2 主要回采技术参数

2.2.1 工艺巷道布置方式

斜坡短臂采煤工艺需要在多个小条带区段进行爆破作业，因此需要对爆破技术包括爆破作业中的打炮眼、装药以及放炮等工艺流程进行严格把控，限制爆破范围。同时斜坡短臂采煤工艺也具备与普通急倾斜煤层回采工艺不同的回采技术参数。该项采煤工艺布置流程为：在顺槽中应沿煤层倾斜方向挖掘出一条斜坡，条带斜坡终端与煤仓相连且应具备一定倾斜角度，通常设置25°左右，保障爆破下落煤矿可自行沿回收巷流入煤仓中。斜坡间距通常设置30 m 左右，斜坡采用至上而下的挖掘顺序，具体工艺巷道布置方式如图1 所示。

图1 回采工艺布置方式

该项工艺重点在于依靠精准爆破手段将单个条带内煤矿爆破下落，同时避免爆破威力对顶板岩层造成影响，保证顶板岩层稳定，其中所需爆落煤块及上覆岩层承受力矩如式（1）所示：

式中：M 为煤块承受力矩，N·m；G 为煤块自身重力，N；L 为各条带斜坡的长度，m；α 为煤层倾角，（°）。通过分析上式可以看出，为保证顶板岩层不会随煤块爆破下落之后发现冒落，应尽可能降低条带斜坡长度L数值，数值越小煤块及上覆岩层所受力矩也就越小。或通过增强支护形式，防止冒落矸石、岩体对煤块质量造成影响[1]。

2.2.2 工艺落煤方式分析

采用打眼放炮落煤方式，同时通过自溜完成运煤工作。斜坡短臂采煤工艺中的爆破工艺主要受到以下两个方面的影响：

一是顶板稳定性以及爆破落煤量，工艺中爆破威力不足会影响到落煤量，造成煤炭资源浪费的同时，延误生产效率。但爆破威力过大则会造成顶板岩层冒落，影响顶板岩层稳定性的同时对原煤质量造成影响，因此要结合条带内富含煤量灵活调整爆破参数；

二是相邻条带内爆破产生的影响，安装炸药的位置选取应尽可能在条带中间位置，同时通过增加炮眼数量的方式，即降低爆破威力，又保证了煤体充分松动，尽可能增加爆破落煤量。

2.2.3 工艺支护形式分析

对斜坡短臂采煤工艺中顶板的管理水平要求较高，应在现有顶板支护方式上进行进一步优化，保证顶板符合特殊工艺需求。在进行斜坡短臂采煤工艺施工开采过程中，顶板主要承受上覆岩层垂直重力以及倾斜方向的作用力，为增强该区段顶板稳定性，通常采用戴帽点柱掩护支架的支护形式，通过减小支护间距，增大点柱底部截面积等方式进行顶板管理，同时在地质条件恶劣地段可进一步减小支护间距，甚至双倍密度支护切顶的形式保障顶板安全。

1）回风顺槽支护工艺。回风顺槽尺寸参数及支护形式，如图2 所示，在完成回风顺槽断面掘进同时，要及时进行卧地沟、完成掩护支架组装，同时拆掉回风顺槽内平巷支架，完成爆破煤块的冒落，此时掩护支架顶部会出现2～3 m 厚的矸石层，起到支撑作用[2]。当支护长度达到15 m 后可将掩护支架尾端下方调节角度至30°。为增大工作人员作业空间，可更换单体支柱加钢梁形式代替原有支护形式，并开始进行回采作业。

图2 回风顺槽掩护支架安装结构参数（单位：mm）

2）运输顺槽支护工艺。工作面保持沿煤层走向的倾斜形式进行推进，达到收尾面时终止回采任务，整个回采工作在掩护支架掩护下完成，顶板全部垮落。除了在工作面进行支架推移外，运输顺槽内的掩护支架也需不断推移接长，保证溜煤顺利完成。拆除的掩护支架可通过溜煤眼下放至运输顺槽，通过材料运输车运往回风顺槽，完成下一步安装支护任务，运输顺槽掩护支架安装形式及结构参数，如图3 所示[3]。

图3 运输顺槽掩护支架安装结构参数（单位：mm）

2.3 技术安全管理

最后通过增强开采技术安全管理水平，保障斜坡短臂采煤工艺的有效实行，在优化采煤工艺的同时加强安全监测制度。首先通过指定配套施工安全规程，包括新型爆破工艺、巷道掘进工艺中各项施工安全规材规定的指定工作，减少施工、爆破事故提高生产施工效率；其次建立新型监督机制，通过对爆破工序中的各个阶段进行安全监督，保障施工安全；最后应加强调度管理工作，统筹规划做好斜坡短臂采煤工艺中各环节之间的协同开采任务，保证生产过程的高效有序进行。

3 工艺施行适用性分析

在采用斜坡短臂采煤工艺后，该矿井近期出现安全事故的发生率为0，没有出现人员伤亡情况。同时该项采煤工艺于常规急倾斜煤层开采工艺相比，有效解决了回采过程中的刮煤、压煤问题，通过回收巷倾斜一定角度煤块重力作用下自动落煤的形式进行回采作业，采煤效率大幅增强，同时也避免了孤岛开采过程中的来压影响，有效降低了开采成本。通过指定上述完善的技术安全管理规章制度，确保了斜坡短臂采煤工艺各环节的紧密配合，实现生产过程的高效有序进行。该项工艺可以有效减缓条带爆破过程中对支护构筑物造成的冲击，支护效果较为稳定。同时及时通过切顶工作控制采空区暴漏面积，有效降低了采空区的维护成本，也避免了顶板大面积垮落给回采工作带来的安全隐患。

4 结语

通过介绍新型斜坡短臂采煤工艺在急倾斜煤层中的应用，通过小条带爆破形式进行分层放顶开采，同时应用急倾斜特点实现了爆落煤块的自动输送工作，与传统急倾斜煤层回采工艺相比，该项工艺在施工安全性、回采效率以及消耗成本上都存在显著优势，也更加符合日益复杂的急倾斜煤层开采环境。由于该项工艺分条带作业特点，也可以依据煤层所处地质条件，灵活调整开采技术参数，保证安全高效进行煤炭资源开采工作。