急傾斜煤層開采工藝和支護方法優化

于 洋

（山西焦煤西山煤電登福康煤業，山西 古縣 042403）

作為西山煤電下屬的一個大型煤炭生產企業，登福康煤業近年來不斷加大對傾角較大煤層的開采力度，但在開采中始終存在煤炭損失率高、開采效率低下等問題，極大限制了該礦煤炭生產效率的提高和經濟效益的進一步增加。因此，登福康煤業希望尋找一種新的采掘工藝，提高開采效率和開采安全性[1-2]。

1 原急傾斜煤層開采工藝

（1）原采煤工藝。先前登福康煤業在急傾斜工作面開采時，采用的采煤工藝方法是柔性掩護支架采煤法，由采區平巷道按照22°的偽傾斜角掘溜煤的斜坡，布置開切眼，進行開采。其巷道綜采面的布置結構如圖1所示。

柔性掩護支架由工字鋼制成，支架的寬度為2m，支架通過鋼絲繩、夾板等組成一個完整的柔性體，使用的鋼絲繩直徑為20mm，禁錮螺絲采用Φ16mm防松螺釘，所用夾板尺寸為350×180×55mm。在該工作面進行開采時，開采工序：準備階段→打炮眼→布設雷管→放炮作業→扒煤→支護→放架→放架后煤。

圖1 登福康煤業柔性掩護支架工作面巷道結構示意圖

（2）影響急傾斜煤層工作面單產因素。柔掩面主要分布于礦區的單斜2槽處，煤層厚度0.9～17.6m，傾斜角16°～70°。煤層內存在一定的夾石，有分層的現象。煤層上部較薄，在西下部分煤層較厚，地質條件如表1所示。

表1 單斜2槽處工作面的地質條件

由于急傾斜煤層處的地質條件較為復雜，在巷道內煤層有部分倒轉情況[3]，煤層底部有小斷層，直接影響到了柔掩面開采效率。順煤層走向，煤層厚度存在突變的情況。當巷道內煤層的厚度過大時，掩護支架的寬度較小，架后煤沒有辦法及時采掘出來。而當煤層的厚度過小時，掩護支架沒有辦法放下來，會造成窩工，極大地影響煤炭的采掘效率[4]。

2 開采工藝優化

2.1 巷道布置形式優化

為了煤炭運輸的方便，原工藝采用的是斜坡短壁式的巷道布置形式，其工作面的最小斜度是61m，最大的斜度為130m，工作面最小的走向距離是141m，最大的走向距離是214m。該采煤方案可實現自溜出煤，無需使用輸送機設備，結構相對簡單，但是該方式卻需要由人工完成煤炭的運送，工作強度極大，煤炭生產效率低下。這種工作面的布置形式也限制了走向的長度。為了克服以上缺點，對巷道布置形式進行了優化，采用平巷布置結構，結構示意如圖2所示。

圖2 斜坡上山平巷式出煤開采方案布置結構

優化后工作面的長度小于600m時，采煤工作面的走向與采區的長度是一致的。當工作面的長度大于600m時，工作面的走向應視采區的實際情況確定。優化后巷道內垂高約為30m，工作面的斜道長度為74m，巷道內兩天收作眼間相距9m，在運輸平巷處設置有4m的煤柱，每個煤柱之間相距6m，在超前工作面上設置3組溜煤的小眼。

2.2 爆破工藝優化

為提高采掘效率，采用了在采面一次性爆破的方案，優化后工作面的一次起爆工藝的炮眼布置如圖3所示。

圖3 工作巷道炮眼布置結構

采用一次性煤層爆破方案后，在單斜2槽的680m水平西二巷內，該工作面的原產量為8046.42t，按其平均煤層厚度為2.5m，采面的長度為30m計算，優化煤層爆破方案后該區段煤的月產量可達11362.3t，產量提升了41.21%。

2.3 掩護支架結構優化

為了克服舊的掩護支架對巷道采面結構適應性不足的缺點，該礦對掩護支架的結構形式進行了優化[5]，優化后的結構如圖4所示。

圖4 優化后掩護支架結構示意圖

柔掩面均采用偽斜面布置形式，在巷道內，掩護支架需要由人工搬運到采面，因此若支架結構繁雜、沉重，將嚴重限制其在巷道內的應用。因此，采用了2.8m寬的簡易支架結構形式，該支架采用11號工字鋼結構，在支架下部設置有4根直徑為32mm的鋼絲繩，通過放松螺栓和夾板，使其構成柔性整體，其結構參數如表2所示。

表2 掩護支架結構參數

3 結論

通過對登福康煤業急傾斜工作面單產影響因素的分析，結合單斜2槽的實際情況，提出了開采工藝和支護優化方案。通過一系列優化后，單斜2槽工作面的煤炭產能提高了41.21%，通過對掩護支架結構的優化，極大降低了人工勞動強度，提高了班組的作業效率。新的急傾斜煤層開采工藝方案的提出，有效解決了登福康煤業斜煤層煤炭開采效率低下的難題，具有較大的社會和經濟效益。