急傾斜煤層回采參數研究

王 侃

（潞安化工集團寺家莊公司，山西 昔陽 045300）

0 引言

由于近年來煤炭資源開采向中深層地層發展，煤層地質條件變得越來越復雜，同時基于急傾斜煤層本身開采技術水平要求較高，因此需要更適用的開采工藝滿足復雜地質環境下的開采需要。當前爆破采煤技術在開采過程中存在很大局限性，本文結合煤礦生產實際，提出一種斜坡短臂采煤工藝，并就其回采參數、安全管理措施進行分析，經過實踐驗證適用性良好。

1 工程背景

以某礦急傾斜煤層開采作業為例，該礦區煤層呈現背傾斜形式，煤層埋深370～740 m，平均埋深460 m，該急傾斜煤層最大傾角可達60°，平均傾角49°，煤層厚度0.9～2.3 m，通過地質報告分析煤層的各項指標均滿足急傾斜煤層標準。現階段該煤層開采工作采用深孔爆破方式，但由于煤層地質條件復雜，當前爆破方式經常出現頂板垮落等安全問題，因此急需通過提出新型回采工藝，對回采工作進行優化。

2 急傾斜煤層開采工藝

2.1 斜坡短臂采煤工藝

斜坡短臂采煤工藝是基于急傾斜煤層結構特征設計出的一種新型回采技術，該項技術在急傾斜煤層中有著顯著優勢，通過煤層傾斜角度挖掘出多條與煤層近似相平行的開采斜坡，通過這些開采斜坡將煤層進行條帶式劃分，并結合這些劃分出的條帶式煤層各區塊地質條件，分別進行逐個爆破開采，通過爆破手段將煤塊爆破并在傾斜地勢作用下自動下落至煤倉。該采煤工藝的特點在于對復雜地質條件的適應性較強，通過劃分條帶方式結合各條帶區段的地質特征，逐個進行爆破開采，避免了斷層等地質條件對回采工作造成的影響。同時通過類似分層放頂煤開采工藝，多次分階段爆破形式，解決了以往急傾斜煤層深孔爆破造成的壓煤問題，開采效率大幅提高，頂板也更加安全。

2.2 主要回采技術參數

2.2.1 工藝巷道布置方式

斜坡短臂采煤工藝需要在多個小條帶區段進行爆破作業，因此需要對爆破技術包括爆破作業中的打炮眼、裝藥以及放炮等工藝流程進行嚴格把控，限制爆破范圍。同時斜坡短臂采煤工藝也具備與普通急傾斜煤層回采工藝不同的回采技術參數。該項采煤工藝布置流程為：在順槽中應沿煤層傾斜方向挖掘出一條斜坡，條帶斜坡終端與煤倉相連且應具備一定傾斜角度，通常設置25°左右，保障爆破下落煤礦可自行沿回收巷流入煤倉中。斜坡間距通常設置30 m 左右，斜坡采用至上而下的挖掘順序，具體工藝巷道布置方式如圖1 所示。

圖1 回采工藝布置方式

該項工藝重點在于依靠精準爆破手段將單個條帶內煤礦爆破下落，同時避免爆破威力對頂板巖層造成影響，保證頂板巖層穩定，其中所需爆落煤塊及上覆巖層承受力矩如式（1）所示：

式中：M 為煤塊承受力矩，N·m；G 為煤塊自身重力，N；L 為各條帶斜坡的長度，m；α 為煤層傾角，（°）。通過分析上式可以看出，為保證頂板巖層不會隨煤塊爆破下落之后發現冒落，應盡可能降低條帶斜坡長度L數值，數值越小煤塊及上覆巖層所受力矩也就越小。或通過增強支護形式，防止冒落矸石、巖體對煤塊質量造成影響[1]。

2.2.2 工藝落煤方式分析

采用打眼放炮落煤方式，同時通過自溜完成運煤工作。斜坡短臂采煤工藝中的爆破工藝主要受到以下兩個方面的影響：

一是頂板穩定性以及爆破落煤量，工藝中爆破威力不足會影響到落煤量，造成煤炭資源浪費的同時，延誤生產效率。但爆破威力過大則會造成頂板巖層冒落，影響頂板巖層穩定性的同時對原煤質量造成影響，因此要結合條帶內富含煤量靈活調整爆破參數；

二是相鄰條帶內爆破產生的影響，安裝炸藥的位置選取應盡可能在條帶中間位置，同時通過增加炮眼數量的方式，即降低爆破威力，又保證了煤體充分松動，盡可能增加爆破落煤量。

2.2.3 工藝支護形式分析

對斜坡短臂采煤工藝中頂板的管理水平要求較高，應在現有頂板支護方式上進行進一步優化，保證頂板符合特殊工藝需求。在進行斜坡短臂采煤工藝施工開采過程中，頂板主要承受上覆巖層垂直重力以及傾斜方向的作用力，為增強該區段頂板穩定性，通常采用戴帽點柱掩護支架的支護形式，通過減小支護間距，增大點柱底部截面積等方式進行頂板管理，同時在地質條件惡劣地段可進一步減小支護間距，甚至雙倍密度支護切頂的形式保障頂板安全。

1）回風順槽支護工藝。回風順槽尺寸參數及支護形式，如圖2 所示，在完成回風順槽斷面掘進同時，要及時進行臥地溝、完成掩護支架組裝，同時拆掉回風順槽內平巷支架，完成爆破煤塊的冒落，此時掩護支架頂部會出現2～3 m 厚的矸石層，起到支撐作用[2]。當支護長度達到15 m 后可將掩護支架尾端下方調節角度至30°。為增大工作人員作業空間，可更換單體支柱加鋼梁形式代替原有支護形式，并開始進行回采作業。

圖2 回風順槽掩護支架安裝結構參數（單位：mm）

2）運輸順槽支護工藝。工作面保持沿煤層走向的傾斜形式進行推進，達到收尾面時終止回采任務，整個回采工作在掩護支架掩護下完成，頂板全部垮落。除了在工作面進行支架推移外，運輸順槽內的掩護支架也需不斷推移接長，保證溜煤順利完成。拆除的掩護支架可通過溜煤眼下放至運輸順槽，通過材料運輸車運往回風順槽，完成下一步安裝支護任務，運輸順槽掩護支架安裝形式及結構參數，如圖3 所示[3]。

圖3 運輸順槽掩護支架安裝結構參數（單位：mm）

2.3 技術安全管理

最后通過增強開采技術安全管理水平，保障斜坡短臂采煤工藝的有效實行，在優化采煤工藝的同時加強安全監測制度。首先通過指定配套施工安全規程，包括新型爆破工藝、巷道掘進工藝中各項施工安全規材規定的指定工作，減少施工、爆破事故提高生產施工效率；其次建立新型監督機制，通過對爆破工序中的各個階段進行安全監督，保障施工安全；最后應加強調度管理工作，統籌規劃做好斜坡短臂采煤工藝中各環節之間的協同開采任務，保證生產過程的高效有序進行。

3 工藝施行適用性分析

在采用斜坡短臂采煤工藝后，該礦井近期出現安全事故的發生率為0，沒有出現人員傷亡情況。同時該項采煤工藝于常規急傾斜煤層開采工藝相比，有效解決了回采過程中的刮煤、壓煤問題，通過回收巷傾斜一定角度煤塊重力作用下自動落煤的形式進行回采作業，采煤效率大幅增強，同時也避免了孤島開采過程中的來壓影響，有效降低了開采成本。通過指定上述完善的技術安全管理規章制度，確保了斜坡短臂采煤工藝各環節的緊密配合，實現生產過程的高效有序進行。該項工藝可以有效減緩條帶爆破過程中對支護構筑物造成的沖擊，支護效果較為穩定。同時及時通過切頂工作控制采空區暴漏面積，有效降低了采空區的維護成本，也避免了頂板大面積垮落給回采工作帶來的安全隱患。

4 結語

通過介紹新型斜坡短臂采煤工藝在急傾斜煤層中的應用，通過小條帶爆破形式進行分層放頂開采，同時應用急傾斜特點實現了爆落煤塊的自動輸送工作，與傳統急傾斜煤層回采工藝相比，該項工藝在施工安全性、回采效率以及消耗成本上都存在顯著優勢，也更加符合日益復雜的急傾斜煤層開采環境。由于該項工藝分條帶作業特點，也可以依據煤層所處地質條件，靈活調整開采技術參數，保證安全高效進行煤炭資源開采工作。