急倾斜煤层采煤方法分析

陈奎动

摘 要：急倾斜煤层回采在我国煤炭资源开采中占有相当大的比重，由于其自身地质条件复杂性与回采工艺的限制，煤炭资源安全回收与生产效率受到很大影响。文章分析了现阶段薄及中厚急倾斜煤层开采所具有的特点及存在的问题，并以天湖山能源公司急倾斜煤层开采经验，分析了南方现有急倾斜煤层开采方法优缺点及适应条件，提出了提高回采效率与安全性的优化建议，望对急倾斜煤层资源开采有所借鉴。

关键词：急倾斜煤层；特点；采煤方法；优化措施

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）20-0171-02

急倾斜煤炭储量在国内煤炭资源储量中占有比例接近%，在我国南方地区比例更大。急倾斜煤层地质条件一般十分复杂，煤层开采中会遇到构造数目多、煤层储量少、顶板管理困难等问题，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。在浅部地质条件相对简单的煤层开采中，南方煤矿急倾斜煤层现今所采用的采煤法取得良好效果。但随着矿井开采水平的不断延伸，愈加复杂的开采条件使得原有采煤方式在急倾斜煤层开采中凸显出不适应性，需要对原有工艺参数与生产管理进行调整及优化，以确保矿井生产的安全与高效。

1 急倾斜煤层开采特点

急倾斜煤层地质条件差异较大，使得煤炭开采中产生了不同的开采方法。从开采机械化程度较低的仓储式到较为先进的放顶煤采煤，急倾斜煤层采煤方法历经了多次的调整与完善。纵观国内现阶段急倾斜煤炭开采方式，仍普遍存在很大的不足。

1.1 煤炭采出率低

就现阶段而言，国内急倾斜煤层在煤炭采出率方面仍有很大的不足，尤其是南方急倾斜开采矿井，其偏高的煤炭损失率一直是影响煤矿开采效益的重要因素。同时，由于开采工艺较为落后，工作面采出煤炭含矸率也普遍较高，虽耗费工时在工作面进行捡矸作业，但其效果并不理想。

1.2 巷道掘进率高

急倾斜工作面准备过程中，需要掘进大量煤岩巷道以保障工作面生产的安全进行。巷道掘进率过高会提升矿井生产准备工作的任务难度，引起生产成本的增加。尤其是浅部煤炭开采日渐枯竭，深部开采不可避免会遇到高应力、高复杂地质条件。在采用斜坡采煤法、小分段爆破法的急倾斜开采矿井中，部分巷道会处于支承压力集中区域，巷道维护难度大，并有出现严重冲击矿压现象的可能，影响矿井的正常生产。

1.3 安全状况差

急倾斜煤层开采坡度往往较大，巷道倾斜角度一般超过 25 °。较高的开采坡度增加了矿井生产开采难度，并且易出现煤矸石或设备自动下滑等问题，造成人员伤亡与支架的损毁。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，使得顶板自稳能力较差，管理困难，可能出现工作面冒顶、片帮、支架倾倒等问题。通风问题是也是采煤法一较为突出的问题，采区工作面通风网络复杂，使得通风阻力偏大、空气质量差、通风效率低，由此导致的通风费用十分高昂，并且不良的通风条件也给人员健康与设备带来巨大的伤害。

1.4 工作面生产效率偏低

急倾斜煤层回采工艺相比较为简单，且由于急倾斜机械化程度普遍偏低，使得各项工作顺利开展难度较大。受到煤层地质分布与生产工艺的限制，工作面单产能力往往达不到设计要求，集中化生产难以实现。而急倾斜煤层工作面准备中往往需要投入较大的人力和物力，而实际工作面生产能力却达不到预期要求，投入大而回报小。

2 急倾斜煤层的采煤方法

急倾斜煤层生产矿井以薄及中厚煤层居多，现阶段所采用的采煤方法主要有壁式采煤法、斜坡法两种，各采煤方法对不同的地质条件具有良好的适应性，但亦存在一定的使用限制。天湖山能源实业有限公司急倾斜煤层开采应用的开采方法主要为壁式采煤法和斜坡采煤法，现主要对这两种采煤方式优缺点及适应条件进行分析。

2.1 壁式采煤法

壁式采煤法包括多种分类，包括单一长壁采煤法、俯伪斜长壁采煤法、倒台阶采煤法等。倒台阶采煤法的优点在于采煤系统布置较为简单，巷道掘进率低，工作面回采率高，且对不稳定地质条件具有良好的适应性。这种采煤方式在先前急倾斜煤层开采中应用较多，但由于其开采机械化程度低、生产管理困难、劳动条件差、生产成本较高，在急倾斜煤层开采中使用频率非常小，现阶段主要用于松软煤质的急倾斜薄煤层开采。其他采煤方式在原有长壁式采煤法基础上进行了改进，大大改善了长壁采煤法存在的缺陷，但亦存在一定的问题。

2.2 斜坡采煤法

斜坡采煤法是南方煤矿急倾斜煤层开采应用较为普遍的开采方式，其按照一定垂直高度，通过多组回采斜坡将开采煤层划分为若干斜形开采条带；工作面布置长度往往较短（90 m左右），但数量明显多于其他采煤方式。采区巷道采用多溜槽布置方式，首采斜坡倾角一般控制在24～25 °，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，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，亦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。工作面落煤采用爆破方式，出煤自溜至采区溜煤眼或煤仓。

这种采煤方式能够有效改善急倾斜煤层开采产量小、工效低的问题，工艺布置简单，提升了生产安全性与经济性，对于复杂型急倾斜煤层开采具有良好的适应性。但斜坡采煤方法中的通风不能采用全负压通风，矿井瓦斯易在采空区与巷道上方积聚，是矿井生产的不安全因素；爆破落煤中易扰动工作面上方顶板，使冒落矸石掺入落煤之中，增加了产煤的含矸率；回柱作业往往在斜坡巷道中进行，作业程序复杂且不安全。因此，斜坡采煤法多适用于瓦斯含量不高、地层条件稳定的急倾斜煤层。

3 急倾斜煤层采煤方法优化

3.1 改进巷道布置方式

为改善急倾斜煤层采区产能低与巷道布置限制条件多的情况，急倾斜煤层采区划分中可适当增加采区走向长度与阶段垂高。巷道布置中应以安全回采为前提，保证生产空间具有足够数量的安全出口，尽可能实现矿井或采区工作面的全负压通风。同时，结合采煤方法，考虑水平与倾斜巷道的特点，减少高倾角巷道的使用频率，以巷道布置保证生产效率、降低巷道掘进率为目的。

在矿井生产设计中，可根据工作面布设情况，适当增加安全出口。如分斜坡眼上方或下方一定距离挖设相同规格的斜坡眼，与原有的主坡眼形成联通，以便在后退式作业中可充当安全通道，且斜坡眼的增加对生产回采也非常有利。

急倾斜煤层开采地质条件相对复杂，工作面通风困难，下区段通风阻力过大。针对此种情况，在使用斜坡采煤法开采中，可在上下坡眼之间采用增加风帘或其他有效措施，改善上坡眼回风与下坡眼进风情况。

3.2 优化回采工艺参数

现阶段，急倾斜煤层开采机械化程度普遍不高，急倾斜煤层生产矿井仍以炮采工艺为主。矿井生产中应注重提升生产的机械化，运用先进的生产技术设备，改善矿井支护、落煤、运输等落后的开采工艺。而对于应用较为普遍的爆破开采工艺，生产中需对其工艺参数进行优化调整。爆破参数的设定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。爆破应奉行“多打炮眼，少装药”的方针，提升一次爆破落煤量与尽可能降低对顶板的扰动。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。

3.3 调整顶板管理方法

急倾斜煤层工作面开采中应力集中主要出现在铅锤方向以及沿层面的方面，因此可选择戴帽点柱的方式进行加强支护，点柱底部可适当进行削尖处理，避免地应力过大造成点柱破坏顶板，影响其整体承载特性。同时，为了减少控顶距离，应合理分配点柱的间排距，原则上控制在800 mm×800 mm。顶板条件恶劣地段进行加强支护，增加点柱支设密度，选用多柱或者丛柱进行支护。工作面顶板管理采用“单密控顶，双密切顶”方式，偏帮区域采用贴帮支护与刹帮方式进行处理，通过综合采用多种方式，确保工作面顶板及围岩稳定性。

3.4 提高工作面开采效率

就急倾斜煤层整体开采而言，其开采效率偏低，造成这一情况出现的原因主要有两个方面：一是开采技术工艺落后，二是生产组织管理水平不足。

鉴于此，急倾斜煤层开采矿井应结合矿井实际条件，积极引进先进的开采技术与工艺设备，提升矿井机械化开采程度，保证生产开采过程的高效与安全。另一方面，根据矿井生产开采工艺，对矿井原有的技术管理措施进行适当地调整。以煤矿安全规程作为依据，制定有效的工作面循环作业管理方法。生产管理中需保障工作面的平行作业，合理安排各工序的时间与衔接，在保证各班本职工作基础上，实现各环节之间的有效协作，确保整个开采循环过程的顺利完成。

4 结 语

薄及中厚急倾斜煤层开采方法众多，煤矿应用较多的有壁式采煤法、斜坡法，各方法在工程实际中都取得了良好的应用效果，但在深部高应力或复杂地质条件开采却普遍表现出一定的不适应性，需对原有回采工艺进行优化。煤矿企业应结合矿井生产地质条件及开采工艺，采取有效的生产优化措施，提升矿井生产的安全性与效率，保障煤炭企业经济效益。

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