急傾斜煤層開采工藝方法的優化研究

于 洋

(山西焦煤西山煤電登福康煤業，山西 臨汾 042403)

引 言

作為一種不可再生資源，煤炭在促進經濟發展方面發揮了十分巨大的作用，隨著人類社會的發展，對煤炭資源的需求量不斷增加，越來越多的露天煤礦、近地平緩煤層的煤炭開采逐漸的趨于枯竭，因此為了確保國民經濟發展對煤炭的巨大需求量，煤炭開采企業開始關注于急斜煤層煤炭資源的開采，但是由于煤層位置斜度大、地質條件復雜，造成在開采過程中存在著煤炭損失率高、通風安全條件較差、非煤層巷道掘進率高、人工勞動強度大、煤炭開采效率低等難題，極大限制了對急斜煤層煤炭的開采效率，并影響了煤炭開采企業利潤率的提高[1]，因此我們迫切需要尋找一種新的適用于急斜煤層開采的新的煤炭開采工藝，提高急斜煤層的煤炭的開采效率和煤炭的可開采性。

1 常用急斜煤層開采方法

目前我國大中型煤炭生產企業常用的急斜煤層的開采方法主要包括偽傾斜柔性掩護支架綜采法、斜坡陷落法、巷道放頂煤綜采法等[2]。

1) 偽傾斜柔性掩護支架綜采法。該方法是指將綜采工作面沿著煤層的走向進行偽斜布置，在進行煤炭開采時，采用沿煤層走向進行后退式的回采方案。該綜采方案具有回采時連續性工作能力強，井下通風條件好的優點，利用掩護支架將綜采面和采空區進行隔斷，極大提高了綜采區的工作安全性。其工作面采用了偽傾斜的布置方式，在生產中能夠充分利用煤炭沿傾斜面的自下滑的優勢，煤炭傳輸效率高、工作安全性好，是目前最主流的急斜煤層的開采方案。

但該采煤方法在使用中也存在著掩護式支架對掘進過程中煤層厚度、煤層傾角變化適應性差的缺點，限制了其應用范圍。

2) 斜坡陷落法。斜坡陷落法其實質上就是把將巷道沿煤層走向布置成為傾斜式的結構，在落煤時不是以傳統的采煤機械為落煤動力，而是以布置傾斜巷道后利用煤層上煤炭的重力作用讓煤層上的煤炭自然掉落的方式進行落煤。該方案的優點是巷道的布置方式和采煤的工藝適用性強，能夠較好地適應井下煤層復雜的走向，工作成本較低。但該采煤方式也存在著煤炭的回采率較低，且工作時采用自落煤方式導致工作地點空間狹小、巷道內粉塵量非常的大等缺點。

3) 巷道放頂煤綜采法。巷道放頂煤綜采法能夠比較全面地適應各種復雜的地址條件，具有全負壓通風的優勢，井下開采時巷道內的粉塵濃度低，在開采時初期的開采準備和后期的收尾工作量小，人工的勞動強度也比較低，煤炭的回采效率高，經濟性好。但該采煤工藝在回采時極易混入大量的煤矸石，造成煤炭的雜質率較高，極大影響了煤炭的商品經濟價值，因此該采煤方案應用的范圍較小[3]。

在充分分析目前常用的急斜煤層采煤工藝方案優缺點的基礎上，結合急斜煤層開采技術要求，為了大幅提高急斜煤層煤炭的開采效率和經濟性，提出了斜坡煤層柔性掩護開采的工藝優化方案。

2 斜坡煤層柔性掩護開采的工藝優化方案

2.1 工作面巷道布置方式優化

根據實際生產工作經驗，斜坡煤層柔性掩護開采工作面的巷道布置時，改變傳統的沿煤層的走向進行偽斜布置的方式，從+680 m的水平掘進直到溜煤的斜坡到+800 m的位置轉為水平[4]，設置的偽斜坡的傾角約為23.4°，在巷道內的兩段溜煤斜坡之間設置一個面長為30 m～40 m的短平面，這樣在同一個開采區內就可以同時布置2個以上的綜采面，極大地提高了對煤炭的開采強度和開采效率，優化后巷道的布置結構如圖1所示。

圖1 優化后巷道的布置結構示意圖

2.2 煤炭回采工藝方案優化

為了提高煤炭的采掘效率，采用對整個工作面進行整段打眼，一次性填裝炸藥，一次性起爆，使煤層的煤炭整段下落的煤炭回采工藝方案。在該工藝方案中因需要在整段工作面進行一次性打眼，同時產生的炮眼量多，因此在進行填裝炸藥時容易造成在接茬位置的起爆雷管漏裝，影響最終的爆破效果，因此要在進行填裝炸藥時，操作人員必須按各自劃分的工作區域，同向進行炸藥的填裝，完成所負責區域的炸藥填裝后需逐個進行檢查確認[5]。

由于整段起爆，雷管數量大、爆破的距離長，需按指定的距離設置警戒聯絡人，在回撤人員時，處于上、下位置處的警戒人員和聯絡人員需要分別向上、向下進行回撤人員，等到各警戒人員到達指定安全區域后，警戒聯絡人員再聯系起爆，確保起爆時的安全性。在工作面填裝起爆藥時，在靠近出煤眼的位置需要用1個雷管并需要將炮眼加深，避免后續起爆后的堵風現象。綜采工作面一次起爆工藝的炮眼的布置結構如圖2所示，在巷道端部的炮眼的布置結構如圖3所示。

斜坡煤層柔性掩護開采的工藝優化方案與現有的斜坡煤層柔性掩護開采方案相比，其綜采工作面使用全面一次性爆破的工藝方案，不會出現明顯的臺階波折，使掩護支架在巷道內支撐掩護支架能夠承受相對較小的拉力，支架不易變形，能夠大幅提高掩護支架的使用壽命，同時也縮短了放炮的準備時間，極大提高煤炭采掘工時的利用率。

圖2 綜采面炮眼布置結構示意圖

圖3 綜采面端部炮眼布置結構示意圖

根據對某礦的某工作面的實際優化改進，該工作面在該進前的原產量約為8 081.01 t/月，在采用上述巷道結構優化和回采工藝優化后，按煤層均厚度為2.5 m，工作面的長度為30 m計算，月均產量達到了11 371.2 t/月，效率提高了約40.72%，增效效果十分顯著，且減少了作業的準備時間和人員數量，極大提高了班組的作業效率和人均月產量。

3 結語

本文通過對目前煤炭生產企業常用的急斜煤層的開采方案優缺點的簡介，根據急斜煤層煤炭開采的實際要求和煤炭企業生產現狀，提出了一種新的急斜煤層的開采工藝方案，該方案主要是在現有的偽傾斜柔性掩護支架綜采法基礎上對其缺點針對性的提出了工作面布置方式優化和煤炭回采工藝優化方案，經過該優化后，經實際計算，其煤炭的生產效率可提高40.72%以上，減少了作業的準備時間和人員數量，極大提高了班組的作業效率和人均月產量。該新的急斜煤層開采工藝方案的提出為解決現有急斜煤層煤炭開采效率低下的難題提供了理論和技術支持，具有十分巨大的社會和經濟效益。