急傾斜煤層開采新方法的探索與應用

彭志文

（湖南煤業集團寶源礦業公司，湖南 資興 423404）

湖南煤業集團寶源礦業公司北平硐煤礦進入深部開采后，煤層的產狀（煤層的走向、傾向、傾角）和厚度以及礦井地質構造等影響煤層開采的主要因素均發生了很大變化，很多采區的煤層均由淺部的緩傾斜或傾斜煤層變成了急傾斜煤層，厚度也由中厚煤層變成了薄煤層。傳統的急傾斜煤層采煤方法大多為倒臺階工作面走向長壁采煤法、偽傾斜上行矸石充填采煤法、偽傾斜柔性掩護支架采煤法、水平分層及斜切分層采煤法[1-2]。這些采煤方法大多采煤巷道系統及回采工藝比較復雜，布置工作面的巷道工程量大、成本高[3-4]，對像寶源礦業公司這樣之前沒有從事過急傾斜煤層開采的礦井來說，安全管理難度大。為此，對急傾斜薄及中厚煤層的采煤方法進行了探索，將傳統上用于緩傾斜煤層開采的采煤方法應用于急傾斜煤層開采，經過不斷地摸索改進，形成了急傾斜煤層正傾斜走向長壁后退式采煤法。這種采煤方法不僅巷道布置系統簡單，巷道掘進工程量少，成本低，而且工作面產量、勞動生產率及煤炭回收率均有所提高，同時便于安全生產管理，取得了較好的經濟技術效果。

1 采煤系統

1.1 巷道布置

急傾斜煤層正傾斜走向長壁后退式采煤法巷道布置簡單，與緩傾斜煤層或傾斜煤層開采時的巷道布置完全相同。巷道布置方式如圖1所示。

圖1 急傾斜煤層正傾斜走向長壁后退式工作面巷道布置

在巷道布置時，當區段上下石門見煤后，在區段上下分別沿煤層走向掘回風巷和運輸巷，到采區邊界后，由運輸巷向上沿煤層正傾斜掘切眼。

1.2 工作面長度確定

由于急傾斜煤層傾角較大，為便于安全生產管理，設計工作面斜長時應根據煤層坡度大小來定，一般不超過80m。當坡度大于55°時要適當縮短，以70m左右為宜，以便合理地進行勞動組織，減輕每班各工序的工作量，保證正規循環作業，實現安全生產。

1.3 回采工藝

工作面采用鉆眼爆破落煤，單體液壓支柱帶帽點柱支護（頂板較堅硬完整穩定地段），也可采用“一梁二柱”平行于工作面的傾斜（順山）棚子支護（頂板局部較破碎地段）。工作面的控頂方式與作業形式相配套，一般采用“三五排控頂”或“三四排控頂”，第一排支柱要緊靠煤壁支護，靠老塘側的那排支柱為特殊支護，采用密集支柱形式，用于隔離采空區的冒落矸石。頂板管理方法為全部垮落法管理頂板。

2 優缺點比較

急傾斜煤層正傾斜走向長壁后退式采煤法的優點是巷道系統及回采工藝比較簡單，工作面布置成本低，生產時工作面作業空間大，作業環境好，對煤層的賦存條件適應性較強。如煤層厚度可在0.8～1.5m間變化，煤層傾角可在45°～80°間變化，工作面局部出現一些小的斷層也可正常回采，對生產影響不大。因此這種采煤法與偽傾斜柔性掩護支架采煤法相比，更能適應煤層的傾角、厚度及小斷層、褶曲等發生變化的情況，作業人員更容易掌握安全技術操作要點，因而能實現安全與高產高效回采目標。

缺點是這種采煤方法只適合開采煤層頂底板中等穩定的薄及中厚煤層（煤層厚度一般不宜超過1.5m），從安全管理的角度來考慮，對頂底板破碎或煤層厚度大于1.5m以上的中厚或厚煤層不宜采用此種采煤法。因為在大傾角條件下，如果煤層頂底板破碎不穩定，則工作面頂板管理就非常困難。煤層厚度超過1.5m后，由于配套使用的支柱規格相應的要加高，支柱本身的重量也會加重，作業人員在大坡度工作面搬運支柱就更加困難，放頂作業與煤壁片幫的安全風險也會加大。

3 工作面生產組織

3.1 工作面循環作業方式、控頂方式的選擇

應根據各生產連隊的勞動力配備及所采工作面的具體情況（如工作面的長度、煤層賦存條件、地質構造復雜程度等因素）而定，一般采用“兩采一準”，即為兩班采煤，一班準備，循環方式為每日一循環，采煤班每班推進0.8～1.0m，日循環進度為1.6～2.0m。這種作業方式，工作面的控頂方式一般為“三五排控頂”。如果采煤隊伍配備的勞動力較少或工作面的煤層賦存條件非常復雜，安全管理難度大，也可以采用“一采一準”的作業方式，循環方式為每日一循環，循環進度為0.8～1.0m，工作面的控頂方式可改為“三四排控頂”。

3.2 工作面各工序安排和勞動組織形式

為使工作面中的各工序在時間及空間上合理配合，勞動力組織和調配更為合理，從而保證工作面安全高效生產，工作面如打眼和放頂等部分工序在采取安全措施的情況下可實行分段作業的形式。但最多只能允許將工作面劃分為上下兩段，每段1個作業組，兩段之間必須打牢安全擋，兩個作業組必須保持30m以上的安全距離。放炮、攉煤等工序嚴禁分段平行作業。

3.3 工作面山勢控制

工作面原則上要采成正傾斜，這樣既便于煤炭自溜，減少煤炭溜入老塘，提高煤炭回收率，又可降低煤壁發生片幫和老塘串矸的風險。

3.4 工作面防滑措施

由于工作面坡度大，人員在工作面中上下行走不便，所以要在人行道每兩根支柱之間用一定規格的厚木板（長×寬×高：1200mm×150mm×30mm）鋪設踏板，以便作業人員操作和行走。踏板還可起到阻止上部大塊的煤矸往下滾落傷人的作用。

3.5 工作面的支護方式

根據煤層頂底板的穩定性確定工作面的支護形式：

（1）如果頂底板都比較堅固穩定，可只用單體液壓支柱打帶帽點柱支護。

（2）如果局部頂板比較破碎，應采用方木或半圓木架設“一梁二柱”順山棚的支護形式。如果底板也比較松軟破碎有滑動的危險，還應鋪設底梁。

采用這兩種支護方式時，工作面所有支柱均應打成對山并有3～5°迎山角以抵抗頂板向下的滑移。工作面一般不宜采用單體液壓支柱配金屬懸臂梁或∏型梁支護。

3.6 工作面打支柱要點

工作面打支柱時，采取由下往上逐根架設。為防止打液壓支柱時支柱移動，每根支柱必須用薄木板下好地墊。為防止工作面的單體液壓支柱失效倒柱傷人，要求單體液壓支柱初撐力必須達到90kN以上，每班進行二次注液。每支一根支柱，即用特制的小鋼絲繩連鎖一根。作業中，要加強對工作面內支柱的檢查，嚴禁存在有支柱倒地或支柱不連鎖的現象。

3.7 防止老塘串矸措施

為防止老塘串矸，切頂線采用密柱支護形式，柱距不大于300mm，一般每空支2根密柱，同時還要沿切頂線掛好擋矸簾或塑料網擋矸。

3.8 防煤矸滾落傷人措施

為防煤矸滾落傷人，工作面每隔5～10m必須設置一道擋矸檔，擋矸檔高度不小于0.6m。

3.9 放炮與攉煤措施

放炮作業只能由下向上進行，每次放炮長度5～10m。當頂板破碎或有裂隙及地質變化帶時，每次只能放1～2個炮眼。每次放炮后，應安排專人（1個組）對煤幫、頂板及支護進行全面檢查，按由上往下的順序依次進行，挖掉松動的傘檐煤矸，攉煤嚴禁平行作業。

3.10 工作面回柱放頂措施

放頂最多只能分2個作業組，上下作業組交口處必須沿走向打1排密集支柱作為擋矸檔。密柱沿走向方向長度為3.5m，支柱必須打成對山并迎山有力，密柱上方用長木板背好，長木板規格：長×寬×厚：2000mm×200mm×30mm，擋矸檔高度為煤層采高。

4 結論

寶源礦業公司北平硐煤礦急傾斜煤層正傾斜走向長壁后退式采煤法在急傾斜薄中厚煤層開采中的成功應用，是當前急傾斜煤層采煤方法的一種新的突破，為同類賦存復雜條件的急傾斜煤層的開采提供了新的經驗。