急傾斜煤層偽斜短壁采煤法之實(shí)踐與改進(jìn)研究

尹向軍 謝波 李順

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

急傾斜煤層偽斜短壁采煤法之實(shí)踐與改進(jìn)研究

尹向軍 謝波 李順

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

急傾斜煤層所采取的開采方法始終是采礦技術(shù)里面的一個(gè)難題，其已經(jīng)受到了國(guó)家的重視，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久的不懈努力，我國(guó)在急傾斜煤層開采方面已經(jīng)獲得了一定的進(jìn)展。可是因?yàn)榧眱A斜煤層實(shí)際開采條件具有一定的特殊性，所以開采方法依然屬于改善經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面的一個(gè)主要障礙。偽斜短壁采煤法是該類煤層開采過(guò)程中采取的主要方法之一，并且得到了進(jìn)一步的改進(jìn)。本文主要對(duì)急傾斜煤層開采過(guò)程中的偽斜短壁采煤法的具體實(shí)踐以及改進(jìn)進(jìn)行研究，提出筆者的思考和建議，僅供參考。

急傾斜煤層；偽斜短壁采煤法；改進(jìn)

煤層埋藏具體地質(zhì)條件和急傾斜煤層所采取的開采方法有著緊密的聯(lián)系，煤層傾角、煤層厚度、煤層埋藏深度、圍巖性質(zhì)以及地質(zhì)構(gòu)造和煤層數(shù)目等都會(huì)對(duì)采煤方法產(chǎn)生直接的影響。偽斜短壁采煤法是中梁山礦務(wù)局在1984年創(chuàng)造出的一種采煤方法，同時(shí)在南礦以及北礦開采工程中得到了推廣應(yīng)用，給我國(guó)急傾斜煤層具體開采技術(shù)帶來(lái)了非常大的影響[1]。本文主要介紹的是該采煤方法的實(shí)際應(yīng)用以及具體改進(jìn)，希望為以后的急傾斜煤層開采提供一些有價(jià)值的參考建議。

1 采取偽斜短壁采煤法對(duì)采場(chǎng)礦壓進(jìn)行控制的特點(diǎn)

本文所介紹的這種偽斜短壁采煤法實(shí)際上是綜合了倒臺(tái)階、偽斜柔性掩護(hù)支架以及水平分層等采煤方法所具有的優(yōu)點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的，是急傾斜煤層具體偽斜開采體系里面?zhèn)胃┬迸_(tái)階式采煤法的一種。這種采煤法對(duì)礦壓進(jìn)行控制的特點(diǎn)主要是和偽俯斜布置開采存在的某些共同特點(diǎn)。

1.1 控制礦山壓力，提供比較好的具體礦壓控制條件

傳統(tǒng)偽斜短壁采煤具體工作面短壁采煤高度是5m。支護(hù)支柱是木支柱或者是摩擦式金屬支柱，并且風(fēng)鎬落煤[2]。圖1為具體工作面布置圖。

圖1 改進(jìn)前偽斜短壁采煤法工作面布置圖

這種采煤法利用人工把急傾斜煤層布置為一種傾斜煤層狀態(tài)進(jìn)行開采。其實(shí)際工作面布置形式是偽俯斜形式，具體上部超前以及下部滯后的特點(diǎn)。下方是煤壁，而上方是采空范圍。因?yàn)榛夭晒ぷ髅嫔喜窟M(jìn)行超前開采，而上部頂?shù)装迓湎碌臍炇瘯?huì)充填以及支承下部頂板，改變了傳統(tǒng)工作面出現(xiàn)上部頂板懸空以及穩(wěn)定性非常弱的缺點(diǎn)[3]。

支撐掩護(hù)體主要組成部分是分段傾斜或者是走向假頂、上方殲石-即墊層，該支撐掩護(hù)體把工作面分成了幾個(gè)比較分散的短壁采面，且該采面的形式是“兩巷夾一面”。從而使采場(chǎng)圍巖壓力以及支護(hù)之間的作用關(guān)系得到了改善，同時(shí)有效隔離了回采空間以及采空區(qū)，保證工作面控頂范圍里面的頂?shù)装蹇梢员３滞暾约胺€(wěn)定，并且把頂?shù)装宓臄嗔岩约懊奥湟频胶筒擅鏆炇涮顜喔艉苓h(yuǎn)的位置。始終把工作面具體控頂面積控制在比較小的范圍內(nèi)，快速推進(jìn)相應(yīng)的采煤工作面保證頂?shù)装鍛衣稌r(shí)間不能太久。以此來(lái)降低采場(chǎng)礦壓，提高工作面頂?shù)装逅邆涞淖钥啬芰Γ乐钩霈F(xiàn)人員墜落以及煤體塌落安全事故，避免產(chǎn)生大面積底板滑落現(xiàn)象，降低冒頂事故發(fā)生率，顯著改善了作業(yè)環(huán)境[4]。

1.2 使采空區(qū)冒落砰石具體運(yùn)動(dòng)特征得到了改變

當(dāng)拆除假頂支柱之后，墊層就會(huì)在兩分段假頂間不大的空間里面短距離沿著下方流動(dòng)，依據(jù)自然安息狀態(tài)，會(huì)堆積在下方已經(jīng)鋪設(shè)好的相應(yīng)假頂上，并且在工作空間以及頂?shù)装迕奥鋮^(qū)間建立充填了研石的一種隔離帶，從而有效隔離了冒落區(qū)以及采場(chǎng)工作空間，同時(shí)可以臨時(shí)支撐起采空區(qū)以及回采空間具體分界線周圍的圍巖，避免回采空間頂?shù)装宄霈F(xiàn)離層位移現(xiàn)象，同時(shí)緩解采空區(qū)里面冒落殲石產(chǎn)生的沖擊力。

2 對(duì)工作面具體布置參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)

2.1 偽斜短壁分段偽斜假頂具體布置方式

對(duì)偽斜短壁來(lái)說(shuō)，該布置方式在風(fēng)鎬落煤比較常用，如圖2所示。

圖2 偽斜短壁分段偽斜假頂布置方式

其把原偽斜短壁中的臺(tái)階式工作面上具體臺(tái)階長(zhǎng)度從原來(lái)的5m縮短到大約1.8m，使其布置形式類似直線式。該做法的優(yōu)點(diǎn)主要有：

（1）縮短偽斜分段假頂之間的距離。當(dāng)回撤假頂支柱后，假頂砰石滑落運(yùn)動(dòng)高度會(huì)變小，可以及時(shí)將短壁采面新形成的小型采空區(qū)充填滿，同時(shí)參與滑落流動(dòng)的具體殲石量會(huì)減少，和容易替補(bǔ)，并且研石能夠順著自然安息角具體堆積面進(jìn)行規(guī)則滑動(dòng)，給新鋪假頂?shù)絹?lái)的沖擊載荷非常小，所以減短了殲石流動(dòng)結(jié)束后應(yīng)力重新分布為平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，能夠確保殲石充填帶穩(wěn)定支護(hù)頂?shù)装鍑鷰r，提高了工作面頂?shù)装逅哂械淖钥啬芰Γ档陀捎诨爻芳夙斨еl(fā)的失控事故顯。

（2）減小頂?shù)装寰唧w懸露面積。和原布置方式進(jìn)行比較，控頂面積大概變小了60％，對(duì)確保回采工作空間里面頂?shù)装宓耐暾约胺€(wěn)定非常有利[5]。

（3）減少頂?shù)装寰唧w懸露時(shí)間。當(dāng)減短原短壁采長(zhǎng)之后，各班順著偽斜方向具體推進(jìn)度超過(guò)5m。如果錯(cuò)距是20m，那么偽斜小巷段里面頂?shù)装寰唧w懸露時(shí)間以及支柱最長(zhǎng)實(shí)際承壓時(shí)間就是4個(gè)班，即32h，和原頂?shù)装寰唧w懸露時(shí)間以及支柱承壓時(shí)間48h相比，顯著縮短了所花費(fèi)的時(shí)間，所以對(duì)頂?shù)装宓墓芾砀佑欣?/p>

（4）當(dāng)煤流自溜過(guò)臺(tái)階的時(shí)候，實(shí)際跌落高度會(huì)減小，從而可以緩解給支柱造成的沖擊力。此外，煤塊破碎程度也顯著降低，減少煤塵量。

（5）可以提升工作面煤壁長(zhǎng)度利用率，并且能夠減小兩短壁采面實(shí)際間距，同時(shí)增加一起落煤的具體風(fēng)鎬臺(tái)數(shù)，有效提升工作面單產(chǎn)。

（6）對(duì)實(shí)現(xiàn)一班多循環(huán)的規(guī)范循環(huán)作業(yè)非常有利。

2.2 偽斜長(zhǎng)壁分段走向假頂具體布置方式

該布置方式比較適合用在炮采和機(jī)采過(guò)程中，如圖3所示。

圖3 偽斜長(zhǎng)壁分段走向假頂布置方式

該采煤法實(shí)際上是偽斜短壁采煤法進(jìn)一步演變形成的，所以兩種布置方式均存在急傾斜俯斜開采法所具備的共同特點(diǎn)。從原來(lái)的偽俯斜臺(tái)階式演變成一種直線式布置，對(duì)于同一階段高度，其增加了實(shí)際工作面具體開采長(zhǎng)度，給對(duì)落煤工藝進(jìn)行改革創(chuàng)造了一定的條件，使毫秒爆破落煤以及機(jī)械化采煤變成了現(xiàn)實(shí)。

2.3 增加偽斜小巷高度的偽斜短壁分段偽斜假頂具體布置方式

一般在頂?shù)装逋暾约巴咚褂砍隽看蟮南鄳?yīng)采煤工作面中被采用，具體如圖4。

圖4 偽斜小巷高度加大的偽斜短壁分段偽斜假頂布置方式

該布置方式可以增加偽斜小巷斷面以及儲(chǔ)煤空間，對(duì)煤塵、通風(fēng)以及瓦斯管理非常有利，彌補(bǔ)了煤流非常容易堵塞偽斜小巷這個(gè)缺點(diǎn)。此外，因?yàn)橄乱欢渭夙斠榷瘫诓擅娓撸圆粫?huì)出現(xiàn)煤流竄上假頂?shù)膯?wèn)題。

2.4 增設(shè)加強(qiáng)支柱的相應(yīng)偽斜短壁分段偽斜浪頂具體布置方式

之所以增設(shè)加強(qiáng)支柱，主要是由于煤厚較大的那種采煤工作面，其假頂載荷也相對(duì)較大，所以假頂支柱應(yīng)該具備“雙保險(xiǎn)”，提高假頂支護(hù)強(qiáng)度，避免因?yàn)榫植考夙敁p壞而導(dǎo)致竄研堵面事故的發(fā)生。

3 對(duì)工作面支護(hù)進(jìn)行改革

3.1 合理選擇支護(hù)形式以及具體參數(shù)

當(dāng)對(duì)偽斜短壁以及偽斜長(zhǎng)壁工作面進(jìn)行改進(jìn)之后，通過(guò)QZ-150/63單體液壓支柱以及木板梁構(gòu)成具有一梁兩柱的相應(yīng)傾斜棚子或者是偽斜棚子。結(jié)合煤厚，分別選擇0.8m、1.0m以及1.2m和1.4m規(guī)格的支柱[6]。額定工作阻力是150kN。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐以及礦壓觀測(cè)驗(yàn)證，工作面應(yīng)該采用普通支柱排，并且柱子之間的距離是0.9m，具體支護(hù)密度設(shè)置為1.23根/m2，假頂支柱順著偽斜或者是走向的具體間隔是0.4～0.6m。對(duì)于偽斜短壁，從假頂端點(diǎn)一直到臺(tái)階煤壁之間的距離屬于控頂距，控頂距不能超過(guò)

1.8 ～2.7m的范圍。

3.2 安全技術(shù)措施

因?yàn)槟景屙數(shù)琢耗軌蛟黾又е约绊數(shù)装鍘r層產(chǎn)生的摩擦力，所以能夠確保支柱穩(wěn)定性。對(duì)于底板極破碎具體工作面，可以利用橫背竹笆進(jìn)行護(hù)底，避免底板在支柱間出現(xiàn)離層滑落的現(xiàn)象。對(duì)于假頂支柱，應(yīng)該使用遠(yuǎn)距離回撤該支柱的具體回柱方式，從而確保回柱放墊層具備足夠的安全性。想要避免支柱因?yàn)槭Щ涠斐蓚艘约皝G失事故，可以把普通支柱順著傾斜方向以及假頂支柱順著偽斜方向或者是走向方向，通過(guò)細(xì)鋼絲繩以及支柱手將其逐根串聯(lián)。

為了增加支柱具體適用范圍，可以在增加煤層厚度的時(shí)候，使用長(zhǎng)度為200～300mm的加長(zhǎng)桿。

3.3 實(shí)際使用效果

對(duì)急傾斜偽斜開采具體工作面應(yīng)用這種單體液壓支柱，既可以使坑耗減少量超過(guò)40％，也能夠?qū)⑵渚鶆蚝阕琛⒊鯎瘟Ω咭约爸ёo(hù)及時(shí)等優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，同時(shí)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離安全回柱施工，，顯著改善工作面實(shí)際支護(hù)安全條件。優(yōu)于高度相等的QZ系列支柱重量比DZ系列支柱重量少6～12kg，所以應(yīng)用這種QZ系列支柱，能夠顯著降低勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)提升生產(chǎn)率。

4 結(jié)束語(yǔ)

偽斜短壁采煤法在不斷的改進(jìn)以及發(fā)展過(guò)程中越來(lái)越完善，經(jīng)過(guò)改進(jìn)之后，其工作面經(jīng)濟(jì)效益得到了顯著的提升，其中單產(chǎn)提升超過(guò)35％，而工效提升超過(guò)33％，并且坑木消耗減少量超過(guò)40％，有效改善了實(shí)際作業(yè)環(huán)境以及安全條件，給改革工作面落煤工藝以及支護(hù)技術(shù)創(chuàng)造了一定的條件，同時(shí)給急傾斜煤層進(jìn)行高檔普采以及實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化采煤打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]陳和平，陳建生，趙敏波，等.柔性掩護(hù)支架采煤法在棠浦煤礦的應(yīng)用[J].江西煤炭科技，2011，7（4）：55～56.

[2]周桂銓，黃文呈.基于不穩(wěn)定型急傾斜薄煤層實(shí)用性開采技術(shù)的研究[J].龍巖學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，29（2）：54～57.

[3]霍丙杰，張宏偉，張茂林，等.大安山煤礦急傾斜煤層柔性掩護(hù)支架采煤法優(yōu)化研究[J].科技導(dǎo)報(bào)，2012，30（21）：72～75.

[4]梁飛林.土朱礦井急傾斜煤層采煤方法改進(jìn)[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012，5（3）：134～138.

[5]范曉剛，王宏圖，胡國(guó)忠，等.急傾斜煤層俯偽斜下保護(hù)層開采的卸壓范圍[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，39（3）：380～385.

[6]李新旺，張小兵，段紅民，等.急傾斜煤層斜坡采煤法巷道布置方式探析[J].煤礦開采，2013，12（3）：27～29.

TD823

A

1004-7344（2016）02-0182-02

2015-12-22