我國急傾斜煤層開采的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、.1我國急傾斜煤層開采的現(xiàn)狀及開展趨勢來源：時間：2021-11-06摘要：本文回憶了我國急傾斜煤層開采的四個歷史階段，對當(dāng)前采用的七種主要開采方法進展了詳細評述，從急傾斜煤層開采的機械化和放頂煤等方面闡述了我國急傾斜煤層開采的技術(shù)開展趨勢。關(guān)鍵詞：急傾斜煤層開采技術(shù)現(xiàn)狀趨勢中圖：TD823 1.引言急傾斜煤層開采方法一直是采礦技術(shù)中的難題，已經(jīng)引起國家有關(guān)部門的重視。長期以來，人們對此作出了不懈的努力，并取得了可喜的進展。然而，由于急傾斜煤層開采條件的特殊性，開采方法仍然是這類礦井改善技術(shù)經(jīng)濟面貌的主要障礙。急傾斜煤層儲量占我國煤炭總儲量的4%，而南方地區(qū)80%的礦區(qū)賦存有急傾斜煤層。因此，

2、關(guān)于急傾斜煤層開采方法的研究對我國煤炭工業(yè)的開展仍具有十分重要作用。急傾斜煤層的開采方法與煤層埋藏的地質(zhì)條件有密切關(guān)系。選擇*種采煤方法不僅受煤層傾角和厚度的影響，而且與煤層埋藏深度、煤層數(shù)目、圍巖性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造，以及煤層的自然發(fā)火性質(zhì)、瓦斯含量、水文條件等多方面的地質(zhì)因素有關(guān)。我國急傾斜煤層分布廣泛，其地質(zhì)條件大多數(shù)比較復(fù)雜，經(jīng)過長期的勘探和開采，對現(xiàn)有生產(chǎn)礦井中的急傾斜煤層和將要開采的急傾斜煤層的賦存特征及開發(fā)環(huán)境已有相當(dāng)?shù)牧私狻?2.急傾斜煤層開采方法的歷史沿革我國急傾斜煤層開采技術(shù)的改革，從解放初期到現(xiàn)在，大致經(jīng)歷了以下四個開展階段1：第一階段：五十年代初，進展了采煤方法的改革。各礦區(qū)

3、根據(jù)不同的煤層賦存條件，推行倒臺階工作面、水平分層、巷道長壁和沿俯斜推進的掩護支架等采煤方法。局部采用風(fēng)鎬落煤，刮板運輸機運煤和機械式回柱，用冒落法處理采空區(qū)，取得了提高工作面生產(chǎn)能力、減輕勞動強度、改善平安狀況的效果，初步改變了急傾斜煤層礦井落后的技術(shù)經(jīng)濟面貌。第二階段：六十年代開場，急傾斜煤層開采技術(shù)的進步主要表現(xiàn)為改風(fēng)鎬落煤為電鉆打眼爆破落煤。為擴大掩護支架的使用圍，、開灤、等礦區(qū)先后在掩護支架采煤法中成功應(yīng)用“八字型等掩護支架，抑制了平板型支架的一些缺點，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟效果；此外，一些開采急傾斜煤層的礦井還進展了礦井開拓和巷道布置方面的改革，降低了掘進率，改善了巷道的維護條件；同

4、時也對工作面回采工藝進展了改革，開場應(yīng)用金屬支柱和金屬鉸接頂梁，在水平分層工作面中采用金屬網(wǎng)假頂，或因地制宜地利用竹笆、荊笆等作假頂材料，均取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟效果。第三階段：七十年代中期，以礦區(qū)首創(chuàng)的偽斜柔性掩護支架采煤法獲得成功為標志。這種采煤法具有產(chǎn)量大、生產(chǎn)系統(tǒng)簡單、巷道掘進量小、回采工序少、生產(chǎn)平安、材料消耗低和勞動效率高等優(yōu)點。它的試驗成功是急傾斜煤層開采技術(shù)上的一大進步，目前仍在許多礦區(qū)使用。為進一步提高急傾斜煤層開采的機械化程度，在此期間，、雞西等礦區(qū)試驗了滾筒式采煤機，礦區(qū)試驗了沖擊式刨煤機，開灤、礦區(qū)試驗了用于掩護支架下機械化落煤的地溝機。此外，在一些礦區(qū)還進展過急傾斜煤層

5、綜合機械化采煤的試驗。但總體來說，機械化試驗成功率不高，能推廣的更少。第四階段：八十年代末九十年代初，急傾斜煤層采煤方法得到進一步的改進，工作面長度加大、單產(chǎn)提高、平安條件進一步改善。如芙蓉礦務(wù)局巡場煤礦試驗成功的俯偽斜走向長壁分段密集采煤法，是由偽斜短壁采煤法演變而成的一種采煤方法，具有產(chǎn)量大、通風(fēng)條件好、便于頂板管理的特點。幾十年來，我國在研究和改進急傾斜煤層開采技術(shù)方面已作了大量的工作，取得一個又一個重大的技術(shù)成果，開采急傾斜煤層礦井的技術(shù)經(jīng)濟面貌也在不斷得到改善。 3.急傾斜煤層主要開采方法評述 3.1柔性掩護支架采煤法柔性掩護支架采煤法是我國開采急傾斜煤層一種主要的開采方法，在一些主

6、要礦區(qū)如開灤、及、等地均有應(yīng)用。這種采煤方法與目前所應(yīng)用的其他急傾斜煤層采煤方法相比，具有以下優(yōu)點：工作面沿走向推進，具有走向長壁采煤系統(tǒng)的優(yōu)點，與沿俯斜推進的掩護支架采煤方法和其它柱式采煤方法相比，減少了大量溜眼和其它巷道的掘進量。簡化了復(fù)雜而繁重的頂板管理工作，使生產(chǎn)工藝大為簡化。掩護支架的安裝與拆卸工作與工作面的回采工序在空間上互不干擾，可實現(xiàn)三班采煤，非生產(chǎn)的準備時間較短。采用25左右的偽斜工作面，把急傾斜煤層變成了緩傾斜煤層來開采，使工作面行人、操作比較方便，減輕了工人的勞動強度，工作平安可靠。掩護支架受力較小，支架可以屢次回收復(fù)用，在回采過程中只消耗一些竹荊笆或金屬網(wǎng)，使礦井的材料

7、消耗和生產(chǎn)本錢降低。這種采煤方法存在以下缺點：支架構(gòu)造不完善，不能在下放過程中適應(yīng)煤層厚度的變化，傾角的變化也不能太大。要求煤層賦存比較穩(wěn)定，否則會造成很大困難。這種采煤方法在厚度28m、傾角6070的煤層中使用效果較好；在厚度超過10m和傾角小于60的煤層中使用比較困難。工藝雖然簡單，但難以實現(xiàn)機械化回采，并且拆裝支架的勞動強度較大。在掩護支架下采煤，支架將工作空間與采空區(qū)隔離，所以在回采過程中不能排除矸石。另外當(dāng)煤層含有夾矸以及煤層變薄需要破底時，會降低煤質(zhì)。 3.2俯偽斜走向長壁分段密集采煤法俯偽斜走向長壁分段密集采煤法是芙蓉礦務(wù)局巡場礦研究試用的一種急傾斜煤層采煤方法，于1987年8月

8、率先在地質(zhì)條件較復(fù)雜，傾角在3852的薄及中厚煤層應(yīng)用成功。目前這種方法已推廣到廣旺礦務(wù)局、白沙、漣邵以及等礦區(qū)。俯偽斜走向長壁分段密集采煤法工作面呈俯偽斜直線布置，防止了煤壁片幫傷人，減少了煤炭自溜過程中因串入采空區(qū)而造成的丟煤，也為進一步實現(xiàn)采煤機械化創(chuàng)造了條件。與傳統(tǒng)的臺階式采煤法相比，俯偽斜走向長壁分段密集采煤法提高了工作面煤壁的有效利用率，在區(qū)段垂高一樣的情況下，工作面有效利用率比偽斜短壁采煤法提高3040%，有利于提高工作面單產(chǎn)。采用分段走向密集支柱切頂和擋矸，工作面上下分段可同時回柱放頂，充分利用了時間空間，加快了工作面推進速度。采用分段走向密集后，工作面周期來壓不明顯。主要原因

9、是：走向密集攔截的采空區(qū)矸石，在工作空間與頂板冒落區(qū)之間形成一個自然充填帶，隨著工作面推進和密集柱前移，充填帶也跟著前移，始終起著隔離采場工作空間和冒落區(qū)的作用，也起著臨時支撐采空區(qū)頂板和減緩周期來壓的作用。這種采煤方法的主要缺點有：工作面支、回柱工作量較大，工人操作不便，且勞動強度大；區(qū)段煤柱損失較大，約占區(qū)段煤量的15%左右；分段走向密集下方的“三角區(qū)通風(fēng)較差，易積存瓦斯。俯偽斜走向長壁分段密集采煤法適用于煤層傾角4075，煤層頂板中等穩(wěn)定，工作面采高不超過2m的低瓦斯煤層，或不宜使用偽斜柔性掩護支架采煤法的不穩(wěn)定急傾斜薄及中厚煤層。 3.3倉儲采煤法倉儲采煤法是我國較早應(yīng)用于開采急傾斜薄

10、及中厚煤層的一種開采方法，從5060年代開場，開灤、六枝、烏魯木齊、等礦區(qū)使用這種開采方法。由于這種開采方法對煤層及圍巖條件要求苛刻、平安性較差，在上述礦區(qū)已較少采用，但仍在樂平、四望幛、*石河子、等礦區(qū)應(yīng)用。倉儲采煤法的主要特點是利用倉儲煤炭暫時支撐倉頂板，因而當(dāng)頂板堅硬穩(wěn)固時，工作面根本不用支護，這不僅簡化了回采工藝，提高了工效，而且降低了支護材料的消耗。由于工作面采落的煤炭大局部儲存在倉房，且落煤和放煤工作互不干擾，因而緩解了由于運輸系統(tǒng)故障而影響工作面生產(chǎn)的現(xiàn)象。倉儲采煤法的缺點是：當(dāng)采用倉間留煤柱的傾斜條帶布置方式時，巷道掘進率高，煤塵飛揚；當(dāng)頂板有淋水時，倉的煤炭不易放盡；當(dāng)煤層較

11、堅硬時，溜煤小眼易被大塊煤卡住。一般地，傾斜條帶倉儲采煤法宜用于地質(zhì)構(gòu)造簡單、頂?shù)装鍘r層較穩(wěn)固、頂板無淋水、厚度1.04.0m的急傾斜煤層。偽斜走向長壁倉儲采煤法宜用于頂?shù)装宸€(wěn)固、頂板無淋水、厚度0.52.5m的急傾斜煤層。不宜用于瓦斯涌出量大、自然發(fā)火期短的煤層。 3.4長孔爆破采煤法急傾斜煤層壁式工作面炮采開采方法普遍存在作業(yè)條件艱辛、勞動強度大、平安條件差等問題。而長孔爆破采煤法回采工藝比較簡單，人員不進入回采工作面，根本解決了上述問題。礦務(wù)局的長峪溝煤礦、香溪礦務(wù)局、省陸家地煤礦、鉛坑煤礦、寧化煤礦、棠浦煤礦等均采用了這種采煤方法。長孔爆破采煤法的主要特點是具有一定的靈活性，除可用于正

12、規(guī)的工作面外，還可用于煤柱、煤倉、邊角煤的回收，也可用于水力采煤中的炮采水運。長孔爆破采煤法具有以下優(yōu)點：工作平安可靠。工作人員不進入采空區(qū)，在巷道中操作電鉆和裝藥，防止了采空區(qū)冒矸的威脅。提高了經(jīng)濟效益。與巷道短壁采煤法相比，坑木消耗減少30%以上，噸煤本錢也下降30%以上。減輕了工人的勞動強度，提高了工效。鉆孔鉆具靈活輕巧，操作方便，適應(yīng)性強。用手持煤電鉆在堅硬煤層中打眼需34人，這種采煤法用專用鉆具打眼只需12人，并且鉆孔速度快，工效比傳統(tǒng)炮采方法提高12倍。但是，這種開采方法也存在以下缺點:產(chǎn)量低。一個工作面只能單點作業(yè)，且打眼與出煤不能平行作業(yè)，出煤時間過于集中，不利于均衡生產(chǎn)。煤質(zhì)

13、難以保證。尤其當(dāng)煤層較薄、頂?shù)装遢^破碎時，由于炮眼方向難以準確掌握，造成頂板或底板的破壞而形成煤矸混合，影響煤質(zhì)。局部乏風(fēng)易進入采空區(qū)，不易通風(fēng)管理。這種方法只能用于頂?shù)装灞容^堅硬，無煤塵爆炸危險的低瓦斯礦井。 3.5滑移頂梁支架放頂煤采煤法滑移頂梁液壓支架是介于單體液壓支柱和機械化液壓支架之間的一種過渡型支架，我國于上世紀八十年代中期在急傾斜煤層中使用這種支架放頂煤?；浦Ъ芊彭斆壕哂幸韵聝?yōu)點：初期投資少，僅為機械化液壓支架的1/31/5。分段高度一般可達10m或更多，比用水平分層開采少掘局部平巷和溜煤眼，掘進量減少3/4以上。支架體積小，重量輕，能自移。既減輕了工人的勞動強度，又能較好地適

14、應(yīng)煤層厚度的變化。主要缺點：滑移頂梁不是放頂煤的專用支架，許多方面與放頂煤法不相適應(yīng)。滑移頂梁支架自穩(wěn)性較差，又反復(fù)卸載支撐頂煤，破壞頂板的完整性，影響平安生產(chǎn)。支架移架工序多、速度慢，使用壽命短。 3.6水平分段放頂煤采煤法我國傳統(tǒng)的開采急傾斜特厚煤層多用高落式采煤法、水平分層或斜切分層采煤法以及偽傾斜柔性掩護支架采煤法。隨著近水平厚煤層綜采放頂煤技術(shù)的開展，綜采支架放頂煤技術(shù)已被成功引入急傾斜煤層的開采。在遼原梅河礦、窯街礦務(wù)局二礦、烏魯木齊六道彎礦先后進展了急傾斜煤層水平分段綜采放頂煤采煤法試驗，均取得了良好的開采效果。急傾斜煤層水平分段放頂煤采煤法的試驗成功，是急傾斜煤層采煤法及其回采

15、工藝的重大改革。急傾斜煤層水平分段綜采放頂煤具有以下優(yōu)點：產(chǎn)量大副度提高。有的礦井比巷道長壁、柔性掩護支架等采煤法產(chǎn)量提高了26倍。礦井生產(chǎn)集中，機械化程度高。與一般的急傾斜煤層開采方法相比，煤巷掘進率大幅度降低。提高了勞動生產(chǎn)率，降低了本錢。與傾斜分層相比，梅河礦工作面效率提高了2.47.9倍，窯街礦務(wù)局提高了2.9倍，開采本錢降低1015%。主要缺點是：適應(yīng)性不強。對于煤層厚度沿走向變化較大，斷層較多，厚度小于20m的急傾斜煤層均不適用。綜采機械設(shè)備初期投資大，初期投資遠大于其他任何急傾斜煤層開采方法。設(shè)備搬運和安裝比較困難，工作面長度必須保持不變，因此而造成的煤損大。煤塵大，危害工人安康

16、和平安生產(chǎn)。適應(yīng)條件：煤層傾角大于45；煤層厚度大于20m；用于中硬f2.0和中軟f0.8的煤層，f2.0時要使用放炮強制落煤措施。在采區(qū)走向長度圍厚度根本無變化，無落差較大的斷層，煤層穩(wěn)定。 3.7巷道放頂煤采煤法急傾斜煤層巷道放頂煤工藝及巷道系統(tǒng)布置急傾斜煤層巷道放頂煤是在一個采區(qū)沿傾斜方向按照一定的標高1530m劃分假設(shè)干個區(qū)段，在每個區(qū)段的下部布置放煤巷道，放煤巷道的兩端分別與采區(qū)的進回風(fēng)系統(tǒng)相聯(lián)，構(gòu)成全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)。所有的工藝和工序都在放煤巷道進展，頂煤開采在巷道側(cè)幫全長以一定間距布置放煤小眼，利用礦山壓力作用或輔以人工松動的方法，使巷道上方頂煤破碎，堆于采場，臨時支撐頂、底板。以一

17、定的放煤管理制度翻開放煤小眼的閘門，破碎煤體及其上覆頂板垮落矸石利用自重近似水平狀態(tài)下移，并且沿放煤巷道走向全長通過放煤小眼將松散的煤體均勻放出，放煤巷道實際上是在松散煤體的保護下的一種沿空留巷方式。因此，巷道放頂煤采煤法綜合應(yīng)用了綜采放頂煤開采理論和急傾斜煤層沿空留巷理論，是放頂煤技術(shù)和沿空留巷技術(shù)的綜合運用。急傾斜煤層巷道放頂煤工藝急傾斜煤層巷道放頂煤回采過程是一個較為復(fù)雜的生產(chǎn)過程，它包括生產(chǎn)工藝、工序以及生產(chǎn)的管理制度等。根據(jù)急傾斜煤層的礦山壓力與放頂煤的特點，巷道放頂煤的回采工藝實際只有破煤、放煤、運煤三道工序，不用支護采空區(qū)和進展頂板管理，相當(dāng)于少了兩道工序，使得工藝非常簡單。工人

18、只在放煤巷作業(yè)，勞動強度輕。而頂煤的破碎和下放是放頂煤采煤工藝的關(guān)鍵技術(shù)之一。為此，在整個回采工藝過程中，重點是破煤和放煤兩道工藝。根據(jù)回采工藝的特點以及生產(chǎn)的順序，將這種采煤工藝分為三個階段：即初采、正?；夭珊徒K采。1初采階段利用礦山壓力、煤體自重以及適當(dāng)?shù)谋频葎恿ψ饔?，沿放煤巷道全長各放煤小眼逐個放出少量的頂煤，以到達整個區(qū)段的頂煤全部破碎、垮落，為正?；夭勺骱脺蕚洹；夭煞绞揭暶后w的軟硬程度而定，當(dāng)煤質(zhì)松軟時，用手鎬掏煤；當(dāng)煤質(zhì)較堅硬時，用淺孔少量炸藥進展松動爆破，使得頂煤松動、垮落。放煤在爆破后視具體情況進展，如果頂煤較穩(wěn)定，則先放一定時間的松散煤后再安裝放煤口的閘門；如果頂煤松散不穩(wěn)

19、定，則先安裝放煤口閘門后再進展放煤作業(yè)。放煤的順序是在放煤巷道逆著風(fēng)流方向后退式依次放落頂煤。為了保證每次頂煤冒落的高度在整個頂煤的卸壓帶，同時也使頂煤能充分放出，提高頂煤的回收率，降低含矸率，各放煤口應(yīng)嚴格控制放出的煤量，并且使放出的煤量根本相等，作到均勻放煤。放出的頂煤通過放煤巷道的運輸機進展外運。在運輸過程中，除大局部的頂煤通過放煤口的槽板直接裝入到運輸機外，其余用人工進展裝載。初采階段應(yīng)加強支架受力和變形的監(jiān)測和加固工作，確保放煤巷道的正常運行。2正?；夭呻A段在保證有效支護的前提下，采取分段全線均衡多輪放煤，以使頂煤與采空區(qū)上方矸石的接觸面近似水平下降即水平放煤。正?；夭善陂g只有兩道工

20、序：放煤和運輸。且都是在放煤巷道完成，在此生產(chǎn)過程中，放出的松散頂煤直接進入放煤巷道的運輸機上，外運到采區(qū)上山煤倉。采場依靠冒落的松散煤體臨時支撐頂、底板。隨著冒落頂煤的逐漸下放，頂煤上部邊界空間逐漸往下擴大，其上部懸露的頂、底板自上而下逐漸自然垮落，垮落矸石落在冒落的頂煤上，通過多口均衡放煤，使煤矸接觸面近近似水平下降，并充填采空區(qū)。當(dāng)放煤量占應(yīng)放煤量的60%65%左右時，即正常放煤階段完畢，進入終采階段。3終采階段全面檢查各個放煤口，將剩余的頂煤放到見矸為止，并立即封閉放煤口，回撤運輸機和巷道支架，且回收局部支架脊背煤體，整個這一階段的放煤量占應(yīng)放煤量的10%15%。放頂煤工作制度及勞動組

21、織一種新的采煤方法的形成，必須由一種高效、有力的勞動組織相匹配。巷道放頂煤采煤法工序簡單，宜采用三班作業(yè)出煤，無需準備班。采用“三八制作業(yè)。根據(jù)本采煤方法的作業(yè)特點，生產(chǎn)中的作業(yè)隊可采用采、掘、運綜合的作業(yè)隊。由此說明，巷道放頂煤采煤法具有工藝簡單、勞動組織高效、全班均能采煤等特點，具備了高產(chǎn)、高效采煤方法的根本特征。巷道放頂煤采煤法的適用條件1煤層賦存狀態(tài)與構(gòu)造。由于巷道放頂煤采煤法不需要大型機械設(shè)備，且對巷道的斷面面積、坡度沒有嚴格的要求，具有較高的靈活性，因此可適用埋藏不穩(wěn)定、厚度變化大、地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜的急傾斜煤層。2煤層厚度。巷道放頂煤適用厚度在210m左右的急傾斜煤層。3煤層傾角。根

22、據(jù)現(xiàn)場試驗及理論分析，巷道放頂煤采煤法適用的煤層傾角為50900。4煤層物理力學(xué)性質(zhì)。與綜采放頂煤不同，煤的強度對巷道放頂煤有較大影響。如強度太大，在礦山壓力作用下，頂煤是難以冒落的。一般地當(dāng)煤層的普氏系數(shù)在1.5以下時，頂煤能順利冒落。此外，煤層的節(jié)理越發(fā)育，對放頂煤越有利。5瓦斯、自然發(fā)火等對放頂煤采煤法的影響。瓦斯對巷道放頂煤有重要的影響。一般地，高瓦斯煤層頂煤可放性較好，低瓦斯煤層可放性較差4。而對于高瓦斯煤層，在采空區(qū)有冒落空洞時，空洞里容易造成瓦斯積聚。有自然發(fā)火傾向的煤層，不宜采用巷道放頂煤。 4.急傾斜煤層開采的開展趨勢5回憶幾十年來急傾斜煤層采煤方法的改革進程，我國急傾斜煤層

23、開采方法大致向兩個方向開展。一是視急傾斜煤層傾角大為不利因素，按緩傾斜煤層工作面布置及回采工藝模式設(shè)計急傾斜煤層開采方法。例如俯偽斜走向長壁分段密集采煤法。這些開采方法在工作面通風(fēng)及回采工藝上取得了較大的進步，然而，在回采過程中，盡管工作面的坡度減小了，煤層及其頂?shù)装宓膬A角卻是始終無法改變的，采場頂?shù)装迦园雌?些固有的規(guī)律運動，工作面礦壓顯現(xiàn)也不同于緩傾斜煤層。因此，這些開采方法的頂板管理工作比緩傾斜煤層復(fù)雜得多，也是其效益難以發(fā)揮的主要原因之一。二是充分利用急傾斜煤層傾角大、煤層易沿傾斜方向垮落的特點設(shè)計的開采方法，如從倉儲、高落式采煤法到長孔爆破采煤法，在通風(fēng)平安條件、工人勞動強度等方面得到了一些改善，但采出率低、單產(chǎn)低、煤質(zhì)差等問題仍然存在。盡管如此，從