王耀宇

（中國(guó)平煤神馬能源化工集團(tuán)有限責(zé)任公司質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督中心 河南 平頂山 467000）

0 概述

急傾斜煤層開(kāi)采方法一直是采礦技術(shù)中的難題。我國(guó)急傾斜煤層開(kāi)采技術(shù)的改革和發(fā)展，人們長(zhǎng)期對(duì)急傾斜煤層機(jī)械化開(kāi)采作出了不懈的努力和探索，并取得了可喜的進(jìn)展，不斷淘汰落后的采煤方法。隨著急傾斜煤層綜采開(kāi)采技術(shù)的不斷發(fā)展。使的急傾斜煤層綜采單產(chǎn)不斷提高，我國(guó)現(xiàn)已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平?，F(xiàn)我國(guó)采用水平分層綜采放頂煤、巷柱-水平分層綜采放頂煤，分別實(shí)現(xiàn)單產(chǎn)達(dá)到200萬(wàn)噸/個(gè)/年、150萬(wàn)噸/個(gè)/年的水平；采用傾斜走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤、傾斜走向長(zhǎng)壁偽斜布置綜采一次采全高，單產(chǎn)4-6萬(wàn)噸/個(gè)/月的水平；對(duì)于70°的急傾斜薄煤層采用刨運(yùn)綜采機(jī)組開(kāi)采。本文就根據(jù)急傾斜煤層的賦存條件合理選擇綜采采煤方法。實(shí)現(xiàn)礦井安全高效，并就其制約因素探討解決的途徑。

1 急傾斜煤層綜采的采煤方法

現(xiàn)我國(guó)根據(jù)不同煤層厚度等賦存條件，急傾斜煤層綜采開(kāi)采方法有：①水平分層綜采放頂煤；②巷柱-水平分層綜采放頂煤；③傾斜分層（改變傾角）走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤；④傾斜走向長(zhǎng)壁變線布置綜采放頂煤；⑤傾斜分層走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤；⑥傾斜走向長(zhǎng)壁偽斜布置綜采一次采全高；⑦巷柱式綜采放頂煤采煤法。

2 急傾斜煤層綜采適應(yīng)條件

2.1 急傾斜水平分層綜采放頂煤采煤法

采用水平分層走向長(zhǎng)壁后退式采煤。低位放頂煤綜采，用全部垮落法管理頂板。巷道布置：工作面進(jìn)回風(fēng)巷及開(kāi)切眼均布置在同一標(biāo)高的煤體中，進(jìn)、回風(fēng)巷沿煤層頂、底板布置。

適應(yīng)于煤層厚度大于20m；煤層f≥0.8的；在采面走向長(zhǎng)度范圍內(nèi)厚度基本無(wú)變化，無(wú)落差較大的斷層，煤層穩(wěn)定；近距離（層間距在3.0m以下）急傾斜煤層，采用聯(lián)合布置。

急傾斜水平分層短壁綜采放頂煤綜采工作面，現(xiàn)多采用輕型放頂煤液壓支架，工作面短；①輕型放頂煤液壓支架采高一般在2.5m，頂煤可放高度小，循環(huán)采放產(chǎn)量低，造成工作面單產(chǎn)低、工效率低；②液壓支架工作助力小，不利于放頂煤，影響頂煤可放高度；③由于采放高度低，萬(wàn)噸掘進(jìn)率高，造成接替緊張；④增加采放高度，在底板巷采取超前預(yù)裂爆破，當(dāng)煤質(zhì)較硬時(shí)，有時(shí)爆破效果不佳時(shí)，存在被迫架頂深孔預(yù)裂爆破的不安全問(wèn)題；⑤制約采放高度的關(guān)鍵是綜采設(shè)備的性能、煤體軟化預(yù)裂技術(shù)。

2.2 巷柱-水平分層綜采放頂煤采煤法

將一定階段高度的煤層劃分為上、下兩個(gè)分層工作面，下分層工作面布置超短水平分層綜采放頂煤工作面，上分層布置巷放工作面，兩工作面共用一個(gè)放煤工作面，綜放面回風(fēng)巷、運(yùn)輸（進(jìn)風(fēng)）巷、在分段底部沿煤層頂、底板布置，在上分層的底部布置煤層弱化工藝巷。采用“一進(jìn)兩回”通風(fēng)方式，利用工藝巷完分段對(duì)進(jìn)行頂煤弱化，增加采放高度，大段高集約化壁式開(kāi)采。將巷柱式放頂煤開(kāi)采技術(shù)的垂直集中與綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)的橫向集中生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，提高效率。

適用于煤層厚度在10m-30m，利用工藝巷頂煤預(yù)裂問(wèn)題，增加采放高度，增加循環(huán)產(chǎn)量；在采區(qū)走向長(zhǎng)度范圍內(nèi)厚度基本無(wú)變化，無(wú)落差較大的斷層，煤層較穩(wěn)定。用于中軟（f≥0.8）的煤層；對(duì)于急傾斜煤層首采綜放面，頂板難以垮落，利用工藝巷對(duì)頂板進(jìn)行爆破；關(guān)鍵是提高頂煤軟化技術(shù)的安全問(wèn)題。

2.3 傾斜分層（改變傾角）走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤

工作采取傾斜走向布置，進(jìn)回風(fēng)巷布置為：回風(fēng)巷沿煤層底板布置，運(yùn)輸巷沿頂板布置；將急傾斜煤層綜放工作面傾角改變成緩傾斜綜放工作面，增加綜放工作面的采長(zhǎng)、儲(chǔ)量。綜放工作面傾角在傾角25°以下技術(shù)是成熟的。

適用于煤層厚度≥25m，煤層傾角在45°～50°范圍；煤層厚度≥30m，煤層傾角在 50°～60°范圍；f≥0.8 的煤層；采放高 10m～14m；煤層賦存穩(wěn)定，在采面走向長(zhǎng)度范圍內(nèi)厚度基本無(wú)變化，無(wú)落差較大的斷層。

2.4 傾斜走向長(zhǎng)壁變線布置綜采放頂煤

工作采取傾斜走向布置，進(jìn)回風(fēng)巷布置為：回風(fēng)巷沿煤層底板布置，運(yùn)輸巷沿頂板布置；工作面總體上是順煤層底板傾斜布置，在靠近下端頭區(qū)域采取變線方式逐漸改變角度，至端頭巷道處完全呈水平狀。即：工作面采用水平-圓弧-傾斜-水平布置方式，工作面垂直與巷道走向。端頭、端尾支架水平放置，解決了工作面上下端頭大傾角的影響，為下一區(qū)段工作面回風(fēng)巷道布置在卸壓區(qū)和瓦時(shí)釋放及三角煤回收創(chuàng)造了條件。

2.5 傾斜分層走向長(zhǎng)壁布置綜采一次采全高的采方法

對(duì)于具有煤與瓦斯突出厚煤層采取傾斜分層走向長(zhǎng)壁布置綜采一次采全高的采方法。通常此方法用于首分層，根據(jù)煤層厚度分層開(kāi)采；在抽放達(dá)標(biāo)、“消突”的前提下，下分層采用急傾斜分層走向長(zhǎng)壁變線布置綜采放頂煤；

適用于：煤層硬度f(wàn)≥1.5的煤層；煤層賦存穩(wěn)定，在采面走向長(zhǎng)度范圍內(nèi)厚度基本無(wú)變化，無(wú)落差較大的斷層；煤層頂板：2類以上中等穩(wěn)定頂板；煤層底板要求：Pdm≤Pp；當(dāng)煤層厚度H≥20.0m時(shí)，煤層硬度f(wàn)≥1.0的煤層；首分層采用急傾斜分層走向長(zhǎng)壁布置綜采一次采全高（工作面傾角＜25°）；下部分層采用傾斜走向長(zhǎng)壁變線布置綜采放頂煤。 采放高 10m～14m（工作面傾角＜25°）。

2.6 急傾斜走向長(zhǎng)壁偽斜布置綜采一次采全高

在傾角一般在45°～60°的薄、中厚煤層中成功實(shí)現(xiàn)走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤,采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，工作面傾斜長(zhǎng)限制在120m以內(nèi)，并采用偽斜布置。

適用煤層厚0.7m～3.5m；煤層賦存穩(wěn)定，在采面走向長(zhǎng)度范圍內(nèi)厚度變化不大，無(wú)落差較大的斷層；煤層頂?shù)装澹?類以上穩(wěn)定頂板；煤層底板要求：Pdm≤Pp；煤層硬度f(wàn)值要求，應(yīng)隨采高增大而增大。

2.7 巷柱式綜采放頂煤采煤法

急傾斜煤層巷柱式綜采放頂煤采煤法，根據(jù)急傾斜煤層的礦山壓力與放頂煤的特點(diǎn)，回采工藝實(shí)際只有破煤、放煤、運(yùn)煤三道工序，不用支護(hù)采空區(qū)和進(jìn)行頂板管理，相當(dāng)于少了兩道工序，使得工藝非常簡(jiǎn)單。工人只在放煤巷內(nèi)作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度輕。

巷柱式綜采放頂煤適用厚度在3.5～10m的急傾斜煤層，煤層厚度不穩(wěn)定的煤層；一般煤層傾角＞50°，煤層傾角越大效果越好；現(xiàn)裝備不能實(shí)現(xiàn)小班多循環(huán)作業(yè)；①運(yùn)輸平巷液壓支架不能實(shí)現(xiàn)自移；②放煤量可控性不強(qiáng)，由于刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力小，放煤集中易壓死；③運(yùn)輸機(jī)、液壓支架移動(dòng)靠絞車?yán)?，不能?shí)現(xiàn)自移；④單產(chǎn)水平低。

3 急傾斜煤層綜采方法的合理選擇實(shí)現(xiàn)安全高效

根據(jù)煤層的賦存開(kāi)采技術(shù)條件，選擇合適綜采采煤方法，并有效解決關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)急傾斜煤層礦井實(shí)現(xiàn)安全高效的關(guān)鍵。

水平分層綜采放頂煤、巷柱—水平分層綜采放、走向長(zhǎng)壁傾斜分層（改變傾角）綜放開(kāi)采。在綜采設(shè)備及工藝上需解決如下問(wèn)題。①綜采設(shè)備采用大采高、大功率，具有快速移架的大工作阻力的液壓支架；②簡(jiǎn)化短壁兩端工藝，采用巷道上下兩端超前支護(hù)串聯(lián)自移式液壓支架。有效解決和加強(qiáng)超前預(yù)裂爆破區(qū)域巷道的支護(hù)。

放頂煤端頭液壓支架,具有支撐強(qiáng)度高、移架速度快、人員操作安全便利、移架不受割煤影響等特點(diǎn),可以解決放“三角煤”問(wèn)題；③需研制和選擇配套適合短壁的大采高采煤機(jī)；④提高工作面超前深孔預(yù)裂爆破軟化技術(shù)、頂煤注水軟化煤體、底板三角煤爆破回收技術(shù)；⑤利用CO2物理爆破技術(shù),代替炸藥爆破,爆破全過(guò)程沒(méi)有火花外露，對(duì)高瓦斯礦井的爆破作業(yè),尤為安全。避免采用炸藥爆破所固有的危險(xiǎn)性，在工作面對(duì)頂煤進(jìn)行深孔預(yù)裂爆破，提高預(yù)裂效果,增加采放高度。并擴(kuò)大巷柱—水平分層綜采放頂煤采煤方法的應(yīng)用范圍。

走向長(zhǎng)壁傾斜分層綜采放頂煤采煤方法，主要應(yīng)用在中型以上的礦井，煤層厚度在4.0～15m的急傾斜煤層，把緩傾斜煤層的回采工藝引入急傾斜特厚煤層，易于放頂煤，從增加循環(huán)產(chǎn)量，緩解接替緊張問(wèn)題等，是急傾斜煤層采用走向長(zhǎng)壁綜采，提高礦井整體效益的一種途徑。

具有煤與瓦斯突出厚煤層，主要解決降低掘進(jìn)率、減少掘進(jìn)工程量和確保掘進(jìn)安全，緩解礦井接替緊張的問(wèn)題。采取傾斜分層走向長(zhǎng)壁布置綜采一次采全高的采方法。通常此方法用于首分層，根據(jù)煤層厚度分層開(kāi)采；并在抽放達(dá)標(biāo)、“消突”的前提下，下部分層采用急傾斜分層走向長(zhǎng)壁變線布置綜采放頂煤；主要解決①增加瓦斯釋放的煤體的暴露面，增加瓦斯自然釋放量，起到開(kāi)采解放層的目地；②高瓦斯、突出礦井減少巷道工程量，有利于安全管理；③解決接替緊張的問(wèn)題；④減少礦下作業(yè)人員，提高工效。

巷柱式綜采放頂煤采煤法,根據(jù)煤層厚度，①采用大工作阻力串聯(lián)自移式支架，簡(jiǎn)化工藝；加強(qiáng)巷道(超前預(yù)裂區(qū)域)的超前支護(hù)。放頂煤（端頭）液壓支架,具有支撐強(qiáng)度高、放煤量有效控制、移架速度快、人員操作安全便利（超前支架根據(jù)地質(zhì)條件，可選擇簡(jiǎn)易超前支架，提高其靈活適應(yīng)性）；②在上巷采取提高預(yù)裂爆破軟化技術(shù)、超前頂煤注水軟化煤體、煤爆破回收技術(shù)。易于放頂煤，從而增加采放高度、循環(huán)產(chǎn)量，緩解接替緊張問(wèn)題等；③利用C02物理爆破技術(shù)，在上巷對(duì)頂煤進(jìn)行深孔預(yù)裂爆破，并可以應(yīng)用到高瓦斯礦井，確保爆破安全；④運(yùn)輸機(jī)采用橋式轉(zhuǎn)載機(jī)（配破碎機(jī)），與可縮皮帶機(jī)配合，實(shí)現(xiàn)小班多循環(huán)作業(yè)，提高單產(chǎn)水平。

隨著綜采裝備性能的提高和配備，頂煤安全軟化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，（1）在瓦斯、高瓦斯礦井、突出礦井（在瓦斯抽放達(dá)標(biāo)、“消突”的前提下），在急傾斜特厚煤層，采用水平分段綜采放頂煤和巷柱-水平分層綜采放頂煤，是急傾斜煤層開(kāi)采方法的主要發(fā)展之一；（2）大型礦井、高瓦斯、突出礦井，在瓦斯抽放達(dá)標(biāo)、“消突”的前提下，根據(jù)煤層厚度等條件，選擇適合的傾斜分層（改變傾角）走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤、傾斜走向長(zhǎng)壁變線布置綜采放頂煤、傾斜分層走向長(zhǎng)壁綜采；（3）急傾斜煤層的厚度大部分在10m以下，并且賦存條件復(fù)雜的礦井。煤層厚度在3.5～10m，綜采巷道放頂煤采煤法為該類煤層的開(kāi)采找到了一條有效的途徑。特別是在中小礦井，工序工藝簡(jiǎn)單，用人少，工效高的特點(diǎn)，值得推廣應(yīng)用；（4）對(duì)于煤層厚度在1.3～3.5m的穩(wěn)定煤層，急傾斜走向長(zhǎng)壁偽斜布置綜采一次采全高采煤方法；（5）對(duì)于煤層厚度在0.7～1.3m的穩(wěn)定薄煤層，隨著開(kāi)技術(shù)的成熟，采用急傾斜薄煤層刨運(yùn)綜采機(jī)組開(kāi)采。

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