急倾斜煤层开采新方法的探索与应用.pdf

332020 年第 8 期 收稿日期 2020-05-20 作者简介 彭志文（1965-），男，湖南常德人，本科，采矿高级 工程师，1987 年毕业于湘潭矿业学院采矿系，参加工作至今一直 在湖南煤业集团宝源矿业公司从事煤矿安全生产技术和管理工作。 急倾斜煤层开采新方法的探索与应用 彭志文 （湖南煤业集团宝源矿业公司，湖南 资兴 423404） 摘 要 本文介绍了宝源矿业公司北平硐煤矿急倾斜煤层正倾斜走向长壁后退式采煤法的巷道布置、采煤工艺、优缺点 及应用条件、开采的主要安全技术组织措施，对类似条件下的急倾斜煤层开采具有指导意义。 关键词 急倾斜 正倾斜 采煤 中图分类号 TD823.213 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.08.012 Exploration and Application of New Mining for Steeply Inclined Coal Seam Peng Zhi-wen Hunan Coal Industry Group Baoyuan Mining Company, Hunan Zixing 423404 Abstract This paper introduces the roadway layout, mining technology, advantages and disadvantages, application conditions and main safety technical organization measures of steep coal seam with forward inclined strike and long wall backward mining in Beipingdong Coal Mine of Baoyuan Mining Company, which has guiding significance for mining steep coal seam under similar conditions. Key words steeply inclined positive tilt coal mining 湖南煤业集团宝源矿业公司北平硐煤矿进入深 部开采后，煤层的产状（煤层的走向、倾向、倾角） 和厚度以及矿井地质构造等影响煤层开采的主要因 素均发生了很大变化，很多采区的煤层均由浅部的 缓倾斜或倾斜煤层变成了急倾斜煤层，厚度也由中 厚煤层变成了薄煤层。传统的急倾斜煤层采煤方法 大多为倒台阶工作面走向长壁采煤法、伪倾斜上行 矸石充填采煤法、伪倾斜柔性掩护支架采煤法、水 平分层及斜切分层采煤法 [1-2]。这些采煤方法大多采 煤巷道系统及回采工艺比较复杂，布置工作面的巷 道工程量大、成本高 [3-4]，对像宝源矿业公司这样之 前没有从事过急倾斜煤层开采的矿井来说，安全管 理难度大。为此，对急倾斜薄及中厚煤层的采煤方 法进行了探索，将传统上用于缓倾斜煤层开采的采 煤方法应用于急倾斜煤层开采，经过不断地摸索改 进，形成了急倾斜煤层正倾斜走向长壁后退式采煤 法。这种采煤方法不仅巷道布置系统简单，巷道掘 进工程量少，成本低，而且工作面产量、劳动生产 率及煤炭回收率均有所提高，同时便于安全生产管 理，取得了较好的经济技术效果。 1 采煤系统 1.1 巷道布置 急倾斜煤层正倾斜走向长壁后退式采煤法巷道 布置简单，与缓倾斜煤层或倾斜煤层开采时的巷道 布置完全相同。巷道布置方式如图 1 所示。 1. 工作面运道；2. 工作面风巷；3. 运道刮板运输机 图 1 急倾斜煤层正倾斜走向长壁后退式工作面巷道布置 在巷道布置时，当区段上下石门见煤后，在区 段上下分别沿煤层走向掘回风巷和运输巷，到采区 边界后，由运输巷向上沿煤层正倾斜掘切眼。 1.2 工作面长度确定 由于急倾斜煤层倾角较大，为便于安全生产管 342020 年第 8 期 理，设计工作面斜长时应根据煤层坡度大小来定， 一般不超过 80m。当坡度大于 55时要适当缩短， 以 70m 左右为宜，以便合理地进行劳动组织，减轻 每班各工序的工作量，保证正规循环作业，实现安 全生产。 1.3 回采工艺 工作面采用钻眼爆破落煤，单体液压支柱带帽 点柱支护 （顶板较坚硬完整稳定地段） ， 也可采用 “一 梁二柱”平行于工作面的倾斜（顺山）棚子支护（顶 板局部较破碎地段）。工作面的控顶方式与作业形 式相配套， 一般采用 “三五排控顶” 或 “三四排控顶” ， 第一排支柱要紧靠煤壁支护，靠老塘侧的那排支柱 为特殊支护，采用密集支柱形式，用于隔离采空区 的冒落矸石。顶板管理方法为全部垮落法管理顶板。 2 优缺点比较 急倾斜煤层正倾斜走向长壁后退式采煤法的优 点是巷道系统及回采工艺比较简单，工作面布置成 本低，生产时工作面作业空间大，作业环境好， 对煤层的赋存条件适应性较强。如煤层厚度可在 0.81.5m 间变化，煤层倾角可在 45 80间变化， 工作面局部出现一些小的断层也可正常回采，对生 产影响不大。因此这种采煤法与伪倾斜柔性掩护支 架采煤法相比，更能适应煤层的倾角、厚度及小断 层、褶曲等发生变化的情况，作业人员更容易掌握 安全技术操作要点，因而能实现安全与高产高效回 采目标。 缺点是这种采煤方法只适合开采煤层顶底板中 等稳定的薄及中厚煤层（煤层厚度一般不宜超过 1.5m），从安全管理的角度来考虑，对顶底板破碎 或煤层厚度大于 1.5m 以上的中厚或厚煤层不宜采 用此种采煤法。因为在大倾角条件下，如果煤层顶 底板破碎不稳定，则工作面顶板管理就非常困难。 煤层厚度超过 1.5m 后，由于配套使用的支柱规格 相应的要加高，支柱本身的重量也会加重，作业人 员在大坡度工作面搬运支柱就更加困难，放顶作业 与煤壁片帮的安全风险也会加大。 3 工作面生产组织 3.1 工作面循环作业方式、控顶方式的选择 应根据各生产连队的劳动力配备及所采工作面 的具体情况（如工作面的长度、煤层赋存条件、地 质构造复杂程度等因素）而定，一般采用“两采一 准”，即为两班采煤，一班准备，循环方式为每日 一循环，采煤班每班推进 0.81.0m，日循环进度为 1.62.0m。这种作业方式，工作面的控顶方式一般 为“三五排控顶”。如果采煤队伍配备的劳动力较 少或工作面的煤层赋存条件非常复杂，安全管理难 度大，也可以采用“一采一准”的作业方式，循环 方式为每日一循环，循环进度为 0.81.0m，工作面 的控顶方式可改为“三四排控顶”。 3.2 工作面各工序安排和劳动组织形式 为使工作面中的各工序在时间及空间上合理配 合，劳动力组织和调配更为合理，从而保证工作面 安全高效生产，工作面如打眼和放顶等部分工序在 采取安全措施的情况下可实行分段作业的形式。但 最多只能允许将工作面划分为上下两段，每段 1 个 作业组，两段之间必须打牢安全挡，两个作业组必 须保持 30m 以上的安全距离。放炮、攉煤等工序严 禁分段平行作业。 3.3 工作面山势控制 工作面原则上要采成正倾斜，这样既便于煤炭 自溜，减少煤炭溜入老塘，提高煤炭回收率，又可 降低煤壁发生片帮和老塘串矸的风险。 3.4 工作面防滑措施 由 于 工 作 面 坡 度 大， 人 员 在 工 作 面 中 上 下 行 走 不 便， 所 以 要 在 人 行 道 每 两 根 支 柱 之 间 用 一 定 规 格 的 厚 木 板（ 长 宽 高 1200mm150mm30mm）铺设踏板，以便作业人 员操作和行走。踏板还可起到阻止上部大块的煤矸 往下滚落伤人的作用。 3.5 工作面的支护方式 根据煤层顶底板的稳定性确定工作面的支护 形式 （1）如果顶底板都比较坚固稳定，可只用单 体液压支柱打带帽点柱支护。 （2）如果局部顶板比较破碎，应采用方木或 半圆木架设“一梁二柱”顺山棚的支护形式。如果 底板也比较松软破碎有滑动的危险，还应铺设底梁。 采用这两种支护方式时，工作面所有支柱均应 打成对山并有35迎山角以抵抗顶板向下的滑移。 工作面一般不宜采用单体液压支柱配金属悬臂梁或 ∏型梁支护。 3.6 工作面打支柱要点 工作面打支柱时，采取由下往上逐根架设。为 防止打液压支柱时支柱移动，每根支柱必须用薄木 352020 年第 8 期 板下好地垫。为防止工作面的单体液压支柱失效倒 柱伤人，要求单体液压支柱初撑力必须达到 90kN 以上，每班进行二次注液。每支一根支柱，即用特 制的小钢丝绳连锁一根。作业中，要加强对工作面 内支柱的检查，严禁存在有支柱倒地或支柱不连锁 的现象。 3.7 防止老塘串矸措施 为防止老塘串矸，切顶线采用密柱支护形式， 柱距不大于 300mm，一般每空支 2 根密柱，同时还 要沿切顶线挂好挡矸帘或塑料网挡矸。 3.8 防煤矸滚落伤人措施 为防煤矸滚落伤人，工作面每隔 510m 必须设 置一道挡矸档，挡矸档高度不小于 0.6m。 3.9 放炮与攉煤措施 放炮作业只能由下向上进行，每次放炮长度 510m。当顶板破碎或有裂隙及地质变化带时，每 次只能放 12 个炮眼。每次放炮后，应安排专人（1 个组）对煤帮、顶板及支护进行全面检查，按由上 往下的顺序依次进行，挖掉松动的伞檐煤矸，攉煤 严禁平行作业。 3.10 工作面回柱放顶措施 放顶最多只能分 2 个作业组，上下作业组交口 处必须沿走向打 1 排密集支柱作为挡矸档。密柱沿 走向方向长度为 3.5m，支柱必须打成对山并迎山 有力，密柱上方用长木板背好，长木板规格长 宽 厚2000mm200mm30mm，挡矸档高度 为煤层采高。 4 结论 宝源矿业公司北平硐煤矿急倾斜煤层正倾斜走 向长壁后退式采煤法在急倾斜薄中厚煤层开采中的 成功应用，是当前急倾斜煤层采煤方法的一种新的 突破，为同类赋存复杂条件的急倾斜煤层的开采提 供了新的经验。 【参考文献】 ［1］ 王家廉，吴绍倩 . 煤矿地下开采方法 [M]. 北京 煤炭工业出版社，1985. ［2］ 史虎伟 . 急倾斜煤层采煤方法探析 [J]. 石化技术， 2019，26（12）111127. ［3］ 何开余 . 急倾斜煤层开采方法研究进展 [J]. 能源 技术与管理，2018，43（03）75-77. ［4］ 朱汉林 . 急倾斜煤层采煤方法浅析 [J]. 内蒙古煤 炭经济，2015（04）81. （上接第 32 页） （3）注浆压力。根据有关规范，注浆终压一 般选择为静水压力的 23 倍或垂直地应力的 11.5 倍，本次桲椤树二号断层注浆加固区域埋深 190m 左右，则注浆孔口终压设计为 4.0MPa。 （4）注浆结束标准。注浆结束标准有两点， 分别以注浆压力及注浆量来控制。注浆孔的孔口 注浆压力达到设计终压值 4.0MPa，注入量小于 30L/min，稳定 20min 以上；单孔累计注浆量达到 38m3，则及时调整浆液配比，增加水玻璃加量，带 压封孔。 3.3 实际施工情况 共施工注浆加固孔 11 个、检查孔 2 个，单孔 实际孔深 6895m，总钻岩进尺 1005m，扫孔进尺 120m。所有 13 个钻孔，仅 4孔在 56m 以深段出水 0.1m3/h，7孔在 57m 以深段出水 2.0m3/h，其他钻 孔均无任何出水现象。 注浆加固共注入水泥 41.7t，固管消耗水泥 3.8t， 合计消耗水泥 45.5t，单孔注浆量 2.56.0t 不等，检 查孔注浆量 0.7t、0.8t。 4 断层加固效果 （1）注浆结束后，在注浆量最少的 1、2孔 之间及注浆量最大的 6、7孔之间施工 12、13检 查孔， 两孔均无出水及卡钻现象， 两孔注浆量为0.8t、 0.7t，较注浆孔单孔注浆量明显偏小，说明注浆质 量整体较好。 （2）利用两检查孔开展钻孔窥视，12、13检 查孔窥视深度分别为 86m、70m，两孔孔壁结构整 体较稳定，12、13检查孔孔深 71m、50m 以深段 岩层有明显风化裂隙发育，窥视段均无明显的断层 破碎带发育。根据岩层对比分析 12、13检查孔的 断层所处深度预计为 85.6m 及 61.5m 位置，与原预 计位置较为吻合。通过窥视成果分析，330 工作面 桲椤树二号断层带发育不明显，厚度较小，断层带 充填较为密实，无明显出水现象。 【参考书目】 ［1］ 佚名.断裂带突水灾害[J].能源与节能， 2015 （03） 141. ［2］ 黄德发，王宗敏，杨彬 . 地层注浆堵水与加固施 工技术 [M]. 中国矿业大学出版社，2003.