急倾斜煤层开采与柔掩采煤法应用实践

急倾斜煤层开采与柔掩采煤法应用实践

董宝良

（龙煤控股集团七台河分公司建设煤矿，黑龙江七台河154600）

摘要急倾斜煤层开采的顶板管理复杂，顶板事故多。因此，通过对急倾斜煤层采煤方法的分析与研究，提高急倾斜煤层回采率与经济效益，增加安全度，促进煤炭工业可持续发展，具有十分重要作用和指导意义。

关键词中厚煤层无人工作面端部放煤

中图分类号TD823．21+3文献标识码B

建设煤矿二采区是一个生产能力6万t的矿井，设计可采煤层11层，煤层倾角60 75ʎ，煤层厚0．8 1．7m。其中57层是主力煤层，倾角平均60ʎ，煤层厚度1．6 1．7m，硬度f=3，直接顶为粉砂岩，厚度9．51m，致密坚硬，直接底为粉砂岩，厚度13．15m，致密坚硬，该区域煤层赋存稳定。工作面走向长360m，倾斜长度60m，地质储量5．5万t。

该矿原来一直采用传统的仓储式采煤方法。这种采煤方法具有回采工艺简单、避免了支柱、回柱等烦琐工序、劳动强度低等优点，但煤炭回收率低，因此国家把它列为淘汰采煤工艺。为此集团公司决定在二采区57层安装伪倾斜柔性掩护支架进行试采。通过实践，证实这种采煤方法非常适合该矿较厚煤层开采。

1建设煤矿急倾斜煤层开采特点与存在的问题

1．1急倾斜煤层开采的主要特点

（1）急倾斜煤层的构造复杂，断层和褶曲多，煤层厚度变化较大，开采煤层的赋存条件普遍较差、储量少、开采困难。

（2）急倾斜煤层的倾角大于岩石安息角，采煤工作面采下的煤能自动下滑，下滑的煤和矸石容易冲倒支架，砸伤人员，急倾斜煤层和围岩的节理发育，初次来压和周期来压不明显，易发生无预兆的大面积突然冒顶垮落，造成顶板事故。

（3）急倾斜煤层顶板压力垂直作用于支架或煤柱上的分力比缓倾斜煤层小，而沿倾斜作用的分力大，煤层开采后，煤层顶、底板都有可能沿倾斜方向滑动垮落，支架稳定性差，易发生扭曲与倾倒。因而工作面支护工作的难度大。

1．2急倾斜煤层开采存在问题

（1）煤炭损失率高。生产的煤炭往往有较高的含矸率。煤炭损失给煤炭自燃创造了条件。

（2）巷道掘进率高。这些问题主要表现在斜坡式、小分段爆破和沿倾斜推进的掩护支架等采煤方法中。这些采煤法，有相当大的一部分巷道是在支承压

*收稿日期：2011－06－21

作者简介：董宝良（1963－），男，汉族，辽宁阜新人，中共党员，在职研究生学历，采矿高级工程师，现任七煤公司建设煤矿生产矿长。力带内掘进和维护的，维护这些巷道的工作量很大。掘进率高，增加了巷道掘进维护的费用，影响工作面的接替，给通风管理工作造成困难。尤其在有冲击地压危险的煤层中，巷道对煤体切割过多，增加了冲击地压的危险。

（3）通风条件差。这一问题，大部分急倾斜煤层采煤方法都不同程度地存在，而斜坡式、小分段爆破、仓储式和长孔爆破采煤法尤为严重。这些采煤方法中，通风系统复杂，有的采煤工作面为独头通风，工作面风流中，煤尘和瓦斯的含量较高，对工人的健康和安全危害较大。

（4）工人劳动强度大。由于煤层赋存条件的限制，急倾斜煤层中大部分巷道和工作面坡度大、空间小，落煤、支护、运料、行走均十分困难。

（5）开采效益差。与倾斜或近水平煤层比较，急倾斜煤层的开采不仅单产低、工效低，而且成本高、煤质差，因此，这类急倾斜煤层开采效益差。

2建设煤矿急倾斜煤层采法技术要求

2．1合理划分采区

尽量加大采区尺寸。划分采区时，根据生产设备及回采工艺的要求，避免人为地划分采区边界，适当加大采区的走向长度，加大阶段垂高。

2．2优化回采工艺提高生产效率

急倾斜煤层开采工艺相对比较落后，绝大多数矿井采用炮采工艺和风镐落煤工艺，工人劳动强度大，安全状况差。优化回采工艺最主要的就是提高回采机械化程度。可以从局部机械化和全局机械化两个方面来考虑。局部机械化指的是从支护方式、落煤方式以及运输方式几个方面单独考虑改进方法，全局机械化是采用综合机械化采煤方式，从破煤、装煤、运煤以及支护四个方面来实现机械化。

在一定的条件下，对开采技术条件进行评价，寻求最适宜的采煤方法，并且通过对工作面开采工艺、设备及系统配置的分析，采取改造系统的薄弱环节、完善工艺系统和开采技术等措施来有效地提高工作面单产。如加大采区走向长度，改进回采工艺，合理确定采煤工作面的支护方式等。在通常情况下，急倾斜煤层采区的走向长度比较小，可采储量少，只能（下转第31页）

式中：a－锚杆间排距，m；

Q－锚杆设计锚固力，70kN/根；

R－

被悬吊砂岩的重力密度，取25．48kN/m3。

a=

70

2ˑ0．47ˑ25．

槡48=1．7（m）

根据计算及经验，61504运输支护采用Ф20ˑ2000mm的全螺纹钢等强锚杆是合适的。

3．2施工工艺

（1）锚杆及锚固剂：锚杆采用20MnSi钢制成的等强度螺纹钢锚杆，直径为20mm，长度为2000mm，每根锚杆均用2块树脂锚固剂固定，锚固长度不少于700mm，锚杆外露30 50mm，托盘为圆形，Ф130ˑ8mm，用8mm。树脂锚固剂直径为28mm，长度为330mm，锚杆均使用配套标准螺母紧固，锚固剂型号为MSZ2833，每根锚杆岩层锚固力不小于70kN，煤层中锚固力不小于50kN。

（2）钢网采用10#铁丝制作的菱形网，网格50ˑ50mm，使用专用铁丝扭接，梯子梁规格：长ˑ宽=1800ˑ80mm。

（3）喷射混凝土必须使用标号不低于425#水泥，

沙为河沙，配比为水泥：沙：石子=1：2：2；速凝剂型号为J85型、掺入量一般为水泥重量的2 4%，喷拱取上限，喷淋水区时，可酌情加大速凝剂掺入量，速凝剂必须在喷浆机上料口均匀加入。

3．3喷射混凝土

（1）准备工作。

①检查锚杆安装和菱形网铺设是否符合设计要求，发现问题及时处理；②清理喷射现场的矸石杂物，接好风、水管路，输料管路要平直，不得有急弯，接头要严密，不得漏风，严禁将非抗静电的塑料管做输料管使用；③检查喷浆机是否完好，并送电空载试运转，紧固好磨擦板，不得出现漏风现象；④喷射前必须用高压风水冲洗岩面，在巷道拱顶和两帮应安设喷厚标志；⑤喷射人员要佩戴齐全有效的劳保用品。

（2）喷射混凝土的工艺要求。

喷射顺序为：先墙后拱，从墙基开始自下而上进

行，喷枪头与受喷面应尽量保持垂直。喷枪头与受喷

（上接第29页）满足几个月的正常生产，造成采面搬迁频繁，而且需要留设大量的保护煤柱，影响资源回收率。这不仅影响矿井的正常生产，增加无效工时，同时也造成了资源浪费，降低了工作面设备的使用效率，影响机械化程度的提高。在生产过程中，根据矿井地质条件的变化，加大采区走向长度，不仅可以增加采区储量和服务年限，减少工作面搬迁次数，而且还能减少区间煤柱的损失，减少准备巷道的掘进工程量，进而增大采区生产有效工时比率。加大采区的走向长度，还可以增加采区同时开采的工作面个数，能提高采区的生产能力，有利于采区和矿井的集中生产。

2．3改进巷道布置优化生产系统

选择巷道布置方式时，首先要满足安全生产的要求，保证每个采区、回采工作面均至少有2个安全出口，实现工作面全负压通风。其次，巷道布置方式要与采煤方法一致，同回采工艺结合，充分考虑水平巷道、倾斜巷道各自的优缺点，尽量不采用垂直巷道，提出系统简单、布置合理的准备、回采巷道。

3柔掩采煤方法应用实践分析

“八”字型掩护支架采煤法，支架采用12号工字钢制成，配合单体液压支柱，作为调节支护采面的作业空间。采用风煤钻配合爆破落煤，使用搪瓷溜槽运货，下巷用电瓶车运输。支架与工作面成25ʎ夹角（俯伪斜）。采用伪斜上山分段落煤，把工作面每30 40m 分成一段，柔性掩护支架设计高度1．6m，单体液压支柱1．5m一棵。通过一年半的生产，这种采煤工艺在建设煤矿已经取得了很好的效果。通过生产实践，该采煤方法具有如下技术优势：

（1）俯伪斜采煤方法将工作面倾角变缓，工作面较长，从而具有缓斜、倾斜煤层走向长壁采煤方法巷道布置和生产系统简单、掘进率低的一系列的优点。

（2）安全生产有保障。利用掩护支架这个整体钢性框架把工作面空间与采空区隔开，防矸石窜入工作面问题得到解决。顶板管理效果良好，为安全生产奠定了坚实的基础。从初采至今，回采一年半时间内没有出现轻伤以上事故。

（3）提高资源利用率。与仓储式采煤等采煤方法比较，减少了留煤柱造成的资源损失，仓储式采煤回采率只能达到60%，而柔掩采煤方法达到了90%以上。

（4）有利于瓦斯管理。仓储式采煤方法频繁拱眼，经常反复出现独头巷道，极易造成瓦斯积聚，采用柔性掩护支架采煤法，实现了走向长壁式通采，通风系统合理，根本上杜绝了采煤工作面瓦斯事故。

（5）减轻了工人作业强度。比大倾角单体液压支柱工作面减少了单体柱频繁移窜工作量，比仓储式采煤方法频繁拱眼减少了作业强度，每月最低减少240m 掘进进尺。降低了巷道万t掘进率。

（6）消灭了木支护，实现了支护钢体化。大大降低了坑木消耗。单产大幅度提高，现在柔掩面月单产突破5000t，而原来仓储采煤月单产只有3000t。同样回采一个块段，用伪倾斜柔性掩护支架采煤方法比仓储采煤方法一年多回收2万t煤，每月单产提高2000t，而且全区万吨掘进率降低，降低原煤生产材料费支出，从而降低了原煤吨煤成本，经济效益大幅度提高。