急倾斜巷道放顶煤垮落研究
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急倾斜煤层综采方法的合理选择与实现安全高效的途径
急倾斜煤层综采方法的合理选择与实现安全高效的途径【摘要】本文介绍急倾斜煤层综采的七种采煤方法，通过分析阐述各种综采采煤方法的适用条件及制约安全高效因素，根据急倾斜煤层的赋存条件合理选择综采采煤方法，实现矿井安全高效，并就其制约因素探讨解决的途径。
【关键词】急倾斜；综采；合理选择；安全高效；途径0 概述急倾斜煤层开采方法一直是采矿技术中的难题。
我国急倾斜煤层开采技术的改革和发展，人们长期对急倾斜煤层机械化开采作出了不懈的努力和探索，并取得了可喜的进展，不断淘汰落后的采煤方法。
随着急倾斜煤层综采开采技术的不断发展。
使的急倾斜煤层综采单产不断提高，我国现已达到国际领先水平。
现我国采用水平分层综采放顶煤、巷柱-水平分层综采放顶煤，分别实现单产达到200万吨/个/年、150万吨/个/年的水平；采用倾斜走向长壁综采放顶煤、倾斜走向长壁伪斜布置综采一次采全高，单产4-6万吨/个/月的水平；对于70°的急倾斜薄煤层采用刨运综采机组开采。
本文就根据急倾斜煤层的赋存条件合理选择综采采煤方法。
实现矿井安全高效，并就其制约因素探讨解决的途径。
1 急倾斜煤层综采的采煤方法现我国根据不同煤层厚度等赋存条件，急倾斜煤层综采开采方法有：①水平分层综采放顶煤；②巷柱-水平分层综采放顶煤；③倾斜分层（改变倾角）走向长壁综采放顶煤；④倾斜走向长壁变线布置综采放顶煤；⑤倾斜分层走向长壁综采放顶煤；⑥倾斜走向长壁伪斜布置综采一次采全高；⑦巷柱式综采放顶煤采煤法。
2 急倾斜煤层综采适应条件2.1 急倾斜水平分层综采放顶煤采煤法采用水平分层走向长壁后退式采煤。
低位放顶煤综采，用全部垮落法管理顶板。
巷道布置：工作面进回风巷及开切眼均布置在同一标高的煤体中，进、回风巷沿煤层顶、底板布置。
适应于煤层厚度大于20m；煤层f≥0.8的；在采面走向长度范围内厚度基本无变化，无落差较大的断层，煤层稳定；近距离（层间距在3.0m以下）急倾斜煤层，采用联合布置。
急倾斜特厚煤层综采放顶煤过煤柱安全开采实践
急倾斜 特厚煤层综 采放 顶煤 过煤柱安 全开 采实 践 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
张 戈 陈 ， 健
（ ．神华新疆公司 大洪 沟煤矿 ，新疆 乌鲁木齐 ８０ ７ ；２ １ ３ ０ ９ ．神华新疆公 司 地测中心 ，新疆 乌鲁木齐 ８ ０ ２ ） ３ ０ ７
［ 摘
要 ］ 采用放顶煤 回采工艺 ，往往对放煤 高度进行 限制 ，放高太 大不仅 顶煤难 以 回收，而
［ 中图分类号 ］Ｔ ８ ． Ｄ ２９ ［ 文献标识码 ］Ｂ ［ 文章编号 ］１０ － ２ （ ０７）０ －０ ６０ ０６６ ５ ２ ０ ２ ４０ ２ － ３
Ｓ ｆ ｔ ｉ ｉ ｇ Ｐｒ ｃ ｉｅ ｏ ｉ ｎ ａ ｌａ ｔ ａ ｅ ｙ Ｍ ｎ ｎ ａ ｔｃ ｆＭ ｎ ｇ Ｃｏ ｌＰｉｌ ｒ ｗｉｈ Ｆｕｌ・ ｅ ｈ ｎ ｚ ｄ Ｃａ ｉ ｉ ｌｍ ｃ ａ ｉ ｅ ｖ ｎｇ Ｍ ｉ ｎ ｎ Ｓ ｅ ｐｌ ｎ ｌ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｙ Ｔｈ ｃ ａ ｅ ｍ ｉ ｎ ｇ ｉ ｔ ｅ ｙ Ｉ ｃ ｉ ｎ Ｅｘ ｒ ｍ ｌ ｉ ｋ Ｃｏ Ｓ ａ ｎｅ ｌ
２ ２ 选 用设 备 ．
前世界上最大的放高。 放高超 过 一定 限度 ，采放 比不 协调 ，上 部煤 炭 丢失严重 ，而在上 覆岩体垮落 困难 、煤层硬度较 大 、地 压破 煤不 彻底 且爆 破松 动顶煤 、强制放 顶难 以奏效的情况下顶板不能及时垮落 ，工作面后部存 在大面积的悬顶及大空间的采空区。突然垮落的顶 板可能将采空区内的有毒有害气体以冲击波的形式
综采 放 顶 煤 采 煤 法 在 我 国经 过 ２ ０多 年 发 展 ， 取得 了举 世 瞩 目的 成 绩 ，被 越 来 越 多 的矿 井 所 采
和 Ｂ 煤 层复 合 而成 ，属侏 罗 系 中统 的西 山窑组 （ ） Ｊ 。煤 层厚 度 ３ １—３ｍ，倾 角 ８ 。 ４ ２ ，硬 度 系数 ，
急倾斜煤层放顶煤开采顶煤破碎的Griffith理论分析
中 图分 类 号 ： Ｄ８ １ Ｔ ２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２ ９ ０ （０ ７ ０ － ０ ９ ０ １７ — １２ ２ ０ ）２ ０ ０ － ４
长 期 以来 ， 煤 岩 中存 在 着 大 量 的微 裂纹 （ 微 在 几 米 或 几 毫米 ）宏 观 裂 纹 、 理 、 、 层 节理 面和 软 弱 面 等 裂 纹缺 陷 ， 些 原生 裂 纹及 软 弱结 构 面在 受 到 采掘 活 动 这
者应用 Ｇ ｉ ｔ 强度理论研究急倾斜煤层巷道放顶煤 ｒｌ ｇｈ 开采的煤体破碎机理 ， 分析裂纹破坏过程及煤体脆断 影响因素 ，这对于丰富急倾斜煤层放顶煤开采理论 ， 指 导放 顶煤 开采 实践 ， 有一 定 的现实 意义 ．
ｓ ２ １ ‘ ‘
１ ． 放煤巷道 ；． ２放煤小 眼；． ３初采空间 ；． ４顶煤 ； ５ ． 运输石 门；． ６回风石门 ；． ７ 裂纹
在小 眼 内进 行 松 动爆 破 ，使 一 定 高 度 的顶 煤 松 散 放 出 ，上部 的顶 煤 在矿 山压 力 的作 用 下也 自行 垮 落 ， 从 放 煤 小 眼 中放 出嘲 回采 工艺 分 初 采 、 常 回采 和 终 ． 正
影响后而得 以发展或产生新 的次生裂纹 ， 煤岩体失 使 稳破坏． 为此 ，人们对煤岩破坏过程和破碎 机理进行 了深入研究 ， 发现煤岩体 的破碎无一不是裂纹 的断裂 和扩展过程［ Ｋ ａ ｉ ｖ ｐ １７ ） 为解决裂纹 问题 １ ｒ ｃ ｏｉ ｌ ９９ 认 ］ ｊｎ ｃ （ ．
。
ｃ ｓ２ 。
ｏ１ － ＂ ３ －ｏ
・
受 Ｏ 、 、 作用 ， 表达式 为 ： ｒ ｘ 其
１ 巷道放 顶煤 开采力 学模型
１１ 急倾 斜煤 层 巷道 放顶煤 方 法简介 ．
长 期 以来 ， 煤 岩 中存 在 着 大 量 的微 裂纹 （ 微 在 几 米 或 几 毫米 ）宏 观 裂 纹 、 理 、 、 层 节理 面和 软 弱 面 等 裂 纹缺 陷 ， 些 原生 裂 纹及 软 弱结 构 面在 受 到 采掘 活 动 这
者应用 Ｇ ｉ ｔ 强度理论研究急倾斜煤层巷道放顶煤 ｒｌ ｇｈ 开采的煤体破碎机理 ， 分析裂纹破坏过程及煤体脆断 影响因素 ，这对于丰富急倾斜煤层放顶煤开采理论 ， 指 导放 顶煤 开采 实践 ， 有一 定 的现实 意义 ．
ｓ ２ １ ‘ ‘
１ ． 放煤巷道 ；． ２放煤小 眼；． ３初采空间 ；． ４顶煤 ； ５ ． 运输石 门；． ６回风石门 ；． ７ 裂纹
在小 眼 内进 行 松 动爆 破 ，使 一 定 高 度 的顶 煤 松 散 放 出 ，上部 的顶 煤 在矿 山压 力 的作 用 下也 自行 垮 落 ， 从 放 煤 小 眼 中放 出嘲 回采 工艺 分 初 采 、 常 回采 和 终 ． 正
影响后而得 以发展或产生新 的次生裂纹 ， 煤岩体失 使 稳破坏． 为此 ，人们对煤岩破坏过程和破碎 机理进行 了深入研究 ， 发现煤岩体 的破碎无一不是裂纹 的断裂 和扩展过程［ Ｋ ａ ｉ ｖ ｐ １７ ） 为解决裂纹 问题 １ ｒ ｃ ｏｉ ｌ ９９ 认 ］ ｊｎ ｃ （ ．
。
ｃ ｓ２ 。
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・
受 Ｏ 、 、 作用 ， 表达式 为 ： ｒ ｘ 其
１ 巷道放 顶煤 开采力 学模型
１１ 急倾 斜煤 层 巷道 放顶煤 方 法简介 ．
采煤概论第十三章 急倾斜煤层采煤法
2020/4/29
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第二节 急倾斜煤层采煤方法
特点：分段高度大。10 m的分段高度相当于四个水平分层的高度。由此， 巷道掘进工程量小，费用低；减少铺网工作量及其费用。
2020/4/29
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第二节 急倾斜煤层采煤方法
（二）综采放项煤采煤工艺特点
急斜煤层综采放顶煤的采煤工艺过程及其参数选择的 原则与缓斜煤层放顶煤采煤法基本相同。由于在急斜煤 层中水平分段放顶煤工作面的长度受煤层厚度限制，根 据我国的煤层条件，一般在６０ｍ以下。由此，对采煤 设备有一些特殊要求。主要是要求适用于短工作面的短 机身采煤机及其与之相配套使用的输送机。液压支架的 型式并无差异，只是根据采场压力显现特征，可适当减 小工作阻力及其重量。我国生产有MGD150-NW型采煤 机，为无链牵引采煤机，包括滚筒在内，全长只有3 m。 它的摇臂出轴位于机身中部，能自由回转270º。
靠工作面一侧掘进两条
收尾上山眼，然后加大
工作面上部的下放步距，
缩小工作面下部的进尺，
同时逐渐缩小工作面长
度和伪倾斜角度，直至
变成水平状态（见图
7—10）。最后将支架 全部拆除。
图7—10 掩护支架采煤工作面收尾
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第二节 急倾斜煤层采煤方法
伪斜柔性掩护支架采煤法与水平分层，倒台阶采煤 法比较，具有产量高，效率高，工序简单，操作方 便，生产安全，掘进率底等优点 。
短壁工作面用风镐落煤，采落的煤先堆积与其下部伪斜小巷的溜煤槽内。各小巷 内设挡煤板，当煤堆积到一定高度时，停止采煤，开始从下向上去掉挡煤板放煤。 为防止煤炭窜到人工顶板上造成损失，可挂一胶皮挡煤板，使煤流落到伪斜小巷 内。
采用木支柱支护，木支柱支在沿顶底板的护板上，排距和柱距约为0.8m~1.0m。 人工顶板支柱支在柱窝内，上有短梁，支柱上仰5°。
急倾斜特厚煤层综放开采实践
急倾斜特厚煤层综放开采实践李前，魏东，杨世杰（华亭煤电股份有限公司，甘肃华亭744100）摘要：从开采技术、工作面装备标准、提高采出率的措施、技术经济指标等方面，总结了华亭煤矿急倾斜特厚煤层综采放顶煤开采的实践经验，所提供的经验体会对同类矿井的设计和生产具有一定的参考价值。
关键词：急倾斜特厚；煤层；综放开采中图分类号：TD823.213文献标识码：B文章编号：0253-2336（2002）08-0017-04LI Oian，WEI DOn g，YANG Shi-ie（，744100，）华亭煤矿采用立井、斜井联合开拓，主斜井铺设25 大倾角带式输送机提煤，副立井采用1I矿车双层四车罐笼单罐平衡锤提升，副斜井在矿井开拓接续时期继续采用串车提升。
设计生产能力300万I/a，目前有2个综放工作面水平分层（段）放顶煤开采，矿井实际生产能力达到300万I/a。
!概述矿井开采煤层为侏罗纪华亭组10煤层，属长焰煤。
煤层厚度33.86~68.72m，平均51.51m，倾角45 。
10煤层下部结构简单，上部结构复杂，夹矸一般4~5层。
顶板一侧有15m左右的亮煤，层理发育，单轴抗压强度10~20Mpa，易垮落；中部为20m左右的暗煤，单轴抗压强度20~30 Mpa；距底板15m左右有一层厚度1.01m的夹矸层，岩性以油母页岩及砂岩为主，10煤层伪顶岩性为碳质泥岩及砂岩，赋存不稳定；直接顶为砂岩或粉砂岩，厚度1.26~19.5m，易垮落，块度大，属!级顶板；老顶为粉砂岩及细砂岩；煤层底板为泥质胶结的中-细砂岩。
10煤层的视密度为1.32 I/m3，普氏系数=2~3。
10煤层属易燃煤层，自然发火期为2~3个月，最短为28c。
矿井地质构造简单，无大的褶曲和断层，10煤层全井田可采，赋存稳定，为急倾斜特厚稳定煤层，相对瓦斯涌出量0.67m3/I，煤层瓦斯含量低，为低瓦斯矿井。
"开采技术采用水平分层（段）综采低位放顶煤采煤法。
急倾斜中厚—厚煤层巷道放顶煤开采爆破技术研究
［ 摘
要 】 巷道 崩顶煤瓷是急倾斜 中厚． 厚煤层 开采技 术的一种新 方法。该方 法的初采钻爆 技术
是解 块顶煤破碎 与顺利故 出的有 教途径 之 一 舟绍 了钻 爆参数 的设 计及 其在各试 验 矿井 中的应 用效
果，为急倾斜 中厚． 厚煤层矿井推广 应甩巷 道放顶蝶法提供 了经验 。
架 ，崩 漏巷道 ，并在放 煤 巷道 上方 形成 一定 的保护
垫层
场 ，起临 时自重 下移 ，并沿走 向全长通 过 放煤 Ｌ ｆ 将 松散煤 体 均匀放 出，运 出放煤 巷道 。放煤 巷道 两 端 分别 与进 、凹风巷 相 连 ，以沿空 护 巷的方 式 服务 本区段 。各 区段 自上 而下 使用 巷道 放 顶煤工 艺进 行 回采 该 采煤方 法 回采 工艺 分初采 、正常 回采 和终
［ 关键词 ］ 息倾 斜 ；中厚． 厚煤层 ；巷道驶 顶煤 ；钻爆 参数 ［ 中国分类号 】Ｔ ８３２ ３ Ｕ２ １ ［ 文献标识码 ］Ａ ［ 文章编号 ］１０－ Ｚ ２０）０４） － ０６６ ５（Ｏ＂ １ｇ ５ ３ ２ ．２ ２０
Ｅｘ ｌ ｓｖ ｔｃ ｑ ｅ ｏ ｏ ｏ ｌｃ ｖｎ ｉ ｒ ａ ｗａ ｓｏ ｐ ｏ ｉｅ ｅｈｎｉ ｕ ｆｔ ｐ ｃ ａ ａ ｉ ｇ ｎ ｏ ｄ ｙ ｆ ｍｅ ｉ ｍ－ｈ ｃ ｎｅ ｓａ ｉ，－ｈ ｃ ｅ ｓ ｓｅ ｐ ｓ ｍｌ ｄ ｕ ｔ ｉｋ ｓ ｎｄ ｈ ｇ ｔ ｉｋｎ ｓ ｔ ｅ ￣［ ｈ
ｏ ｎ ￣ ａｄｈ ｆ ． ｈ ｎ ｄ ｇ
巷 道 放 顶 煤 采 煤 法 是 湘 潭 工 学 院 自 １９ ９ ４年 以
来 ，先 后与 广东 梅 田 、河北 开滦 、湖南 资兴 、四Ｊ Ｉ ｌ 攀 枝花 等局合 作 ，共 同对 急倾 斜煤 层开 采技 术进 行 革 新 的成果 。该 方法 的基 本 原理 与实质 是 ：在 急倾 斜 中厚 一厚 煤层 中 ，按一 定标 高划 分 区段 。在 区段 的底 部沿煤 层走 向布 置 ｌ 条放 煤巷 道 ，于 巷道 内下 帮全 长均 匀布 置放煤 小 眼 利用矿 山压力 作用 和 人 工松 动爆破 的方法 ，使 巷道 上方 顶煤破 碎 并堆 于 采
碱沟煤矿急倾斜煤层大段高顶煤超前预裂综放工作面回采巷道支护的系统研究
４ 巷道 支护 方案 确定
从数值模拟结果 分析 可 以看 出 ， 巷道 支护方 案三 效果最好 ， 其它两种方案支护效果 较差 。因此 ， 选择支 护方案 ３进行现场工业性试验 。方案三具体如 下 ： ５ １ ０ ９综 放 回 采 巷 道 中 采 用 规 格 为 ￣ ｂ ２ ０ ｍ ｍ×
回采巷道掘进过程 中受煤层顶 顶煤 预裂振动 、 支护方 式 等诸 多因素的影 响 ， 特别是巷道受煤层伪顶 、 伪底 遇水膨胀
｛收稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ５—１ ６ 作者简介 ： 刘 栋梁 （ １ ９ ８ ２一） ， 男， 助理工程师 ， 现在神华新 疆能源 有限责任公司碱 沟煤矿工作 。
３ ． ２ 巷道 掘进 受动压 影 响 避免同一煤层 同一翼上分层 回采下分层 掘进 。因 接续 安排 不可避免 时 ， 下分层 掘进工 作 面受上 分层 采 动影 响段 的煤岩层 间措 动失 稳 ， 使 主动 支护范 围 内的 煤岩体 整体 下沉 ， 此时采用单一 的支护形 式很难 奏效 ， 应采 用 主动 ＋被 动综 合支护形 式 ， 被 动支护 应能 承载 失稳煤岩体应 力及 上分层 回采工作面 的动压影 响。 ３ ． ３ 回采 巷道 施 工过程 中受淋 水 影响
１ 综 采 工 作 面 情 况 简 述
剧烈 ， 尤其是底板侧 煤体 在矿 山压 力 的作 用下 变 的破 碎， 支护十分 困难 。采 用单 一锚杆 支护难 以有效 地 控 制 围岩 的变形 ， 特别是工作面采动期 间的 围岩变形 ， 端 头及超前支护维 护复杂 ， 制约 了工作 面的顺 利推进 和 综采设备效率 的充分发挥 。 在修 复加 固回采巷道 过程 中， 清除掉 巷道 内原 有 的任何支护 结构 体 （ 包括巷道 内破碎 围岩 体 ） 均会 在 施 工过程 中对破 碎 围岩带来新 的外 力扰 动 ， 非常不 利 于巷道 的整体安全高效修复加 固支护处理 。当急倾斜 煤层破碎 围岩 巷道 帮部修 复加 固支 护处理 妥善后 ， 按 照分部施 工 、 总体控制原则 ， 加 固已加 固处理 帮部一侧 的巷道顶部 ， 对一半巷道进行快速完善 的加 固处理 ， 利 用一半的稳固作用力 ， 缩小加 固施 工过程 中巷道 顶部
从数值模拟结果 分析 可 以看 出 ， 巷道 支护方 案三 效果最好 ， 其它两种方案支护效果 较差 。因此 ， 选择支 护方案 ３进行现场工业性试验 。方案三具体如 下 ： ５ １ ０ ９综 放 回 采 巷 道 中 采 用 规 格 为 ￣ ｂ ２ ０ ｍ ｍ×
回采巷道掘进过程 中受煤层顶 顶煤 预裂振动 、 支护方 式 等诸 多因素的影 响 ， 特别是巷道受煤层伪顶 、 伪底 遇水膨胀
｛收稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ５—１ ６ 作者简介 ： 刘 栋梁 （ １ ９ ８ ２一） ， 男， 助理工程师 ， 现在神华新 疆能源 有限责任公司碱 沟煤矿工作 。
３ ． ２ 巷道 掘进 受动压 影 响 避免同一煤层 同一翼上分层 回采下分层 掘进 。因 接续 安排 不可避免 时 ， 下分层 掘进工 作 面受上 分层 采 动影 响段 的煤岩层 间措 动失 稳 ， 使 主动 支护范 围 内的 煤岩体 整体 下沉 ， 此时采用单一 的支护形 式很难 奏效 ， 应采 用 主动 ＋被 动综 合支护形 式 ， 被 动支护 应能 承载 失稳煤岩体应 力及 上分层 回采工作面 的动压影 响。 ３ ． ３ 回采 巷道 施 工过程 中受淋 水 影响
１ 综 采 工 作 面 情 况 简 述
剧烈 ， 尤其是底板侧 煤体 在矿 山压 力 的作 用下 变 的破 碎， 支护十分 困难 。采 用单 一锚杆 支护难 以有效 地 控 制 围岩 的变形 ， 特别是工作面采动期 间的 围岩变形 ， 端 头及超前支护维 护复杂 ， 制约 了工作 面的顺 利推进 和 综采设备效率 的充分发挥 。 在修 复加 固回采巷道 过程 中， 清除掉 巷道 内原 有 的任何支护 结构 体 （ 包括巷道 内破碎 围岩 体 ） 均会 在 施 工过程 中对破 碎 围岩带来新 的外 力扰 动 ， 非常不 利 于巷道 的整体安全高效修复加 固支护处理 。当急倾斜 煤层破碎 围岩 巷道 帮部修 复加 固支 护处理 妥善后 ， 按 照分部施 工 、 总体控制原则 ， 加 固已加 固处理 帮部一侧 的巷道顶部 ， 对一半巷道进行快速完善 的加 固处理 ， 利 用一半的稳固作用力 ， 缩小加 固施 工过程 中巷道 顶部
急倾斜厚煤层综放开采覆岩运动规律研究
１ １６ ：． ，则 应 力 相 似 比为 １ ８ 。 根据 主 导 相 似 准 则 推 导 出 的 ：０ 原 型 与 模 型 之 间强 度 参 数 的 转 化 关 系 可 以求 出 煤 质 以及 不 同顶 板 岩 层 模 型 的单 轴 抗 压 强 度 及 容 重 。实 际相 似 模 拟 时 ，
２ 实验 室相似模 拟研 究 ２ １ 试验 设计 与步骤 ．
该次相似模拟试验 主要 目的是 针对 默勒二矿 首采 工作
收 稿 日期 ：２ １ ０ ２—０ ９—１ ４
的长度较短 ；随着工作 面 向前 推进 ，采 到 ６ ｍ 时 ，老顶 出 ０
作者简介 ：刘朝晖 （９ ３一） １８ ，男 ，陕西韩城人 ，硕 士研 究 生 ，现在 保利 能源 控股有 限公 司从 事煤 矿 安全 生产 管理 工
煤
炭
工
程
２１ 第 １ ０ ２年 Ｏ期
急 倾 斜 厚 煤层 综放 开 采覆 岩 运 动 规律 研 究
刘朝 晖 ，李泽荃 ，唐振坤
（．保利能源控股有 限公 司，北京 １ １０ １ ； ００ ０ １￣８ ） ０ ３ ２ ．中国矿业大学 （ 北京 ）资源 与安全工程学 院 ，北京
摘
要 ：针 对默 勒二矿 主采 煤层厚 、倾 角大等 复杂条件 ，通 过相 似材料 模 拟试验 和数 值模 拟
的离 层 现 象 ，如 图 １ 示 ； 当 开 采 到 距 离 开 切 眼 ３ ． ｍ 处 所 ３８
ｌ 矿 井概况
默勒二矿含煤地层为中下侏罗统 ，产于中下侏罗统下部， 主采煤层结构简单 ，夹有矸石 １～ ４层 。煤层 自东 向西沿走 向 分布 ，煤层厚度 ４ １ １．１ ． ～ ６２ｍ，平均厚度 １ｍ，煤层倾 角 ３。 ４ ７一
２ 实验 室相似模 拟研 究 ２ １ 试验 设计 与步骤 ．
该次相似模拟试验 主要 目的是 针对 默勒二矿 首采 工作
收 稿 日期 ：２ １ ０ ２—０ ９—１ ４
的长度较短 ；随着工作 面 向前 推进 ，采 到 ６ ｍ 时 ，老顶 出 ０
作者简介 ：刘朝晖 （９ ３一） １８ ，男 ，陕西韩城人 ，硕 士研 究 生 ，现在 保利 能源 控股有 限公 司从 事煤 矿 安全 生产 管理 工
煤
炭
工
程
２１ 第 １ ０ ２年 Ｏ期
急 倾 斜 厚 煤层 综放 开 采覆 岩 运 动 规律 研 究
刘朝 晖 ，李泽荃 ，唐振坤
（．保利能源控股有 限公 司，北京 １ １０ １ ； ００ ０ １￣８ ） ０ ３ ２ ．中国矿业大学 （ 北京 ）资源 与安全工程学 院 ，北京
摘
要 ：针 对默 勒二矿 主采 煤层厚 、倾 角大等 复杂条件 ，通 过相 似材料 模 拟试验 和数 值模 拟
的离 层 现 象 ，如 图 １ 示 ； 当 开 采 到 距 离 开 切 眼 ３ ． ｍ 处 所 ３８
ｌ 矿 井概况
默勒二矿含煤地层为中下侏罗统 ，产于中下侏罗统下部， 主采煤层结构简单 ，夹有矸石 １～ ４层 。煤层 自东 向西沿走 向 分布 ，煤层厚度 ４ １ １．１ ． ～ ６２ｍ，平均厚度 １ｍ，煤层倾 角 ３。 ４ ７一
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煤矿技术
急倾斜巷道放顶煤垮落研究
王 国新
（ 宝清县煤炭生产安全管理局 ，黑龙江 双 鸭山 １ ５ ５ ６ ０ ０）
【 摘 要】 急倾斜煤层 巷道放 项煤采煤法 。在理论上及现场 实
层厚度及现场效益等 问题 ，因此放煤巷道全煤巷布置较为有利 ，采 用 合 理 的 支 护 方 式 ，在 完 成 本 区段 的放 煤 任 务 后 ，放 煤 巷 道 留作 为 下一区段 的回风巷。具体如图 ２所示
轮均衡放煤 ，最大限度控制到顶煤与采空 区上方矸石接触面 呈水平 下降。此步骤在放煤巷道 内完成两道工序 ，即放煤和运输 。生产过 程中，松散顶煤 被放出后 ，大部分直接进入位于放煤巷道 内的运输 机上，通 过运输 机运到煤仓 。 冒落的松散煤体起到ｌ 临时支撑采场顶 、底板 的作用 。伴 着回采 工作的进行 ，冒落顶煤逐渐下放 ，顶煤上部边界 空间的发展趋 势为 逐渐向下扩大，顶、底板悬露面积逐渐扩大 ，当达到一定 的限度时 发生 自上而下的垮落现象 ，垮落矸石随顶煤 冒落 ，最终覆 盖在松散 顶煤上方，同与其接触 的煤体 充填采 空区。 正常 回采阶段 的三项主要工作 内容：合理 放煤 方式的选 择、巷 道正常维 护以及 与之相 匹配的劳动组 织。 放煤方式的选择必须建立在对散体运动规律 的认识上 。 目前 的 放煤方式可 以有三种：单轮顺序放煤 、多轮顺序放煤 、单轮 间隔放 煤。传统的观点认为 ，多轮顺序放煤可 以得到较高 的回收 率和较低
ｈ：１ （ １ ）
１ 式 中 ：ｈ 一 自然 平 衡 拱 的 高度 ，ｍ ｆ 一 煤体 的硬 度 系 数
图 １急倾斜厚煤层放顶煤系统
在选择落煤方式时， 主要考虑煤体的软硬程度 ， 如果 煤质较 软， 则直接使 用手镐 掏煤即可；而 当煤质较坚硬时 ，则应 该先布置浅孔 ， 装入少量 炸药爆破 ，使 顶煤松动 、垮 落。 （ ２ ）正 常 回 采 首先应保证放煤巷道能够稳定 ，放煤方式优先选取分段 全线 多
上 ． ＝ ： ： … ０…
图 ２放 煤 巷道 断 面 图
由于顶煤的垮落 ，顶板失去支撑而 不断加 剧，最后因顶板垮落而导致放煤的终结。
放顶煤采煤工艺中两个重要 的环节就是顶煤 的破碎和下放 。所 以说，在 回采工艺过程中 ，破煤和放煤是非常关键的两道工序 。按 照巷道放顶煤采煤法的回采工艺特点及其生产顺序 ，可 以将其分解 为初采、正常回采 以及 终采三 个步骤 。 （ １ ）初 采 初采 的 目的就是为正常 回采做好准备 。首 先，放煤巷道 内各放 煤ｄ ， Ｈ Ｐ ． 做好放煤准备 ，在矿 山压力 、煤体 自重 （ 视情况采取适 当的 爆破 ）等动力作用影响下按规定放 出少量顶煤 ，形成松动 空间，以 利于区段 内全部 顶煤松散破碎 、垮落 。 在沿放煤巷道 走向一定范围内 （ ７ ０ ￣９ ０ ｍ ）采出少量顶煤 ，以使 顶煤在破碎和下移过程中有一个 自行垮落和松散 的空 间。根据试验 和现场测试 ，该空间轮廓为一 自然平衡拱 ，其形状是 一条抛物线 ， 按照下列所 给公式进行扩大，空间扩大实际上是 自然平衡拱逐步上 移的过程 ，因此，自然平衡拱不断上移造成顶煤裂碎、松散 、冒落 。
引 言
０ 煞 ｉ
—
急倾斜煤层开采技术在我 国的主要发 展方 向有两个 。主要是推 广使用 机械化开采 ，并将适用于缓斜煤层 的回采 工艺经试验并投入 到急倾 斜煤层开采中 ，这使得对用 于急倾斜煤层 的轻 型机械的研制 工作显得尤为重要。其 次，应大力推广放顶煤采煤法的发展及使用 ， 无论是 对于缓斜煤层还是急倾斜煤层 ，放顶煤采煤方 法一直都是采 煤方法 改革的一个重要研究方 向。可 以将水平分 段综 采放顶煤采煤 法应用 于大部分急倾斜煤层 ，而巷道放顶煤采煤 法最 佳适用条件是 急倾斜 中厚一 厚煤层。 １顶煤破碎机理 急倾斜厚煤层巷道放顶煤系统 内围岩应力 重新分布 ，由于集中 应力和 瓦斯压 力的存在 ，煤体被迫 向巷道 内移动 ，形成极限平衡区 ， 随之而来的是极限平衡区产生裂纹 ，并且裂纹有 逐渐 向上部发展的 趋势。 由于煤体当中产生 了裂纹 ，致使煤体无法 保持进入极限状态 时的应 力，从而塑性变形在此阶段产生 ，直接 导致承 载能力下降， 极限平衡区下部发生破碎现象 ，逐渐成为破碎 区。位 于极限平衡区 下部的煤体悬露面积会随着初采 的进行而逐 步变 大，当悬露面积扩 大到一定程度 ，即达到煤体 的极 限跨度时 ，顶煤开始发生垮落现象 。
的含矸率。 当放 煤量 占应放煤量 的６ ０ ％ ￣６ ５ ％ 左右时， 即正 常放煤 阶段结束 ， 进 入 终采 阶 段 。
理论和实践证 明，当煤体所 处的原岩 应力 状态不发生改变时 ， 其内部结构不会发生任何变化顶煤处于应力 极限状态 ，则煤体边缘 的裂隙会有向深部发展的趋势 ，此时进行松动爆 破或 是开挖一系列 的巷道 ，顶煤的平衡 状态就会被破坏，变得容易破碎。 由此可 以看 出，在对急倾斜煤层使用 巷道 放顶煤采煤工艺时， 区段高度的确定显得尤为要 ，尤其 是在低 瓦斯或顶板项煤较硬 的中 厚及厚 煤层进行放顶煤时 ，区段高度 的选择则更 应准 确、合理 。反 观其实质，就是应该保证顶煤在矿 山压 力的作用 下可 以进入应力极 限 平衡 状 态 ２ 回采工艺及巷道布置 根据急倾斜煤层 的矿 山压力与放 顶煤 的特 点，加之 ，大部分的 煤层煤 质松软，放顶煤生产成为可 能，而放顶煤 生产 是在放煤巷道 内进行，巷道放顶煤 的回采工艺实 际只有破煤 、放煤 、运煤三道工 序，不用支护采空区和进行顶板管理 ，相 当于少了两道工序 ，使得 工艺非常简单。工人 只在放煤 巷道 内作业 ，劳动强度低。 在急倾斜中厚及厚煤层巷道放顶煤采煤法 中， 由于煤层厚度大， 倾角大 的特点，回采巷道的类型都采用全煤巷 。放煤 巷道布置有穿 煤层顶 板、穿煤底板和混合布置 以及全煤层布置 四种 情况，考虑煤
践 中对急倾斜煤层巷道放 顶煤 法进 行研 究 ，重点研究 了急倾斜 中厚 及厚煤层项煤 可放性评价体 系、顶煤区段 高度的确定 以及顶煤垮 落 规律 ，为急倾斜 中厚及厚煤层巷道放 顶煤采煤方法巷 道布置及参数 选择上提 供可靠的科学依据。
二王
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二 二 童～ ……
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【 关键词 】 急倾斜 ；厚煤层 ；垮落规律
急倾斜巷道放顶煤垮落研究
王 国新
（ 宝清县煤炭生产安全管理局 ，黑龙江 双 鸭山 １ ５ ５ ６ ０ ０）
【 摘 要】 急倾斜煤层 巷道放 项煤采煤法 。在理论上及现场 实
层厚度及现场效益等 问题 ，因此放煤巷道全煤巷布置较为有利 ，采 用 合 理 的 支 护 方 式 ，在 完 成 本 区段 的放 煤 任 务 后 ，放 煤 巷 道 留作 为 下一区段 的回风巷。具体如图 ２所示
轮均衡放煤 ，最大限度控制到顶煤与采空 区上方矸石接触面 呈水平 下降。此步骤在放煤巷道 内完成两道工序 ，即放煤和运输 。生产过 程中，松散顶煤 被放出后 ，大部分直接进入位于放煤巷道 内的运输 机上，通 过运输 机运到煤仓 。 冒落的松散煤体起到ｌ 临时支撑采场顶 、底板 的作用 。伴 着回采 工作的进行 ，冒落顶煤逐渐下放 ，顶煤上部边界 空间的发展趋 势为 逐渐向下扩大，顶、底板悬露面积逐渐扩大 ，当达到一定 的限度时 发生 自上而下的垮落现象 ，垮落矸石随顶煤 冒落 ，最终覆 盖在松散 顶煤上方，同与其接触 的煤体 充填采 空区。 正常 回采阶段 的三项主要工作 内容：合理 放煤 方式的选 择、巷 道正常维 护以及 与之相 匹配的劳动组 织。 放煤方式的选择必须建立在对散体运动规律 的认识上 。 目前 的 放煤方式可 以有三种：单轮顺序放煤 、多轮顺序放煤 、单轮 间隔放 煤。传统的观点认为 ，多轮顺序放煤可 以得到较高 的回收 率和较低
ｈ：１ （ １ ）
１ 式 中 ：ｈ 一 自然 平 衡 拱 的 高度 ，ｍ ｆ 一 煤体 的硬 度 系 数
图 １急倾斜厚煤层放顶煤系统
在选择落煤方式时， 主要考虑煤体的软硬程度 ， 如果 煤质较 软， 则直接使 用手镐 掏煤即可；而 当煤质较坚硬时 ，则应 该先布置浅孔 ， 装入少量 炸药爆破 ，使 顶煤松动 、垮 落。 （ ２ ）正 常 回 采 首先应保证放煤巷道能够稳定 ，放煤方式优先选取分段 全线 多
上 ． ＝ ： ： … ０…
图 ２放 煤 巷道 断 面 图
由于顶煤的垮落 ，顶板失去支撑而 不断加 剧，最后因顶板垮落而导致放煤的终结。
放顶煤采煤工艺中两个重要 的环节就是顶煤 的破碎和下放 。所 以说，在 回采工艺过程中 ，破煤和放煤是非常关键的两道工序 。按 照巷道放顶煤采煤法的回采工艺特点及其生产顺序 ，可 以将其分解 为初采、正常回采 以及 终采三 个步骤 。 （ １ ）初 采 初采 的 目的就是为正常 回采做好准备 。首 先，放煤巷道 内各放 煤ｄ ， Ｈ Ｐ ． 做好放煤准备 ，在矿 山压力 、煤体 自重 （ 视情况采取适 当的 爆破 ）等动力作用影响下按规定放 出少量顶煤 ，形成松动 空间，以 利于区段 内全部 顶煤松散破碎 、垮落 。 在沿放煤巷道 走向一定范围内 （ ７ ０ ￣９ ０ ｍ ）采出少量顶煤 ，以使 顶煤在破碎和下移过程中有一个 自行垮落和松散 的空 间。根据试验 和现场测试 ，该空间轮廓为一 自然平衡拱 ，其形状是 一条抛物线 ， 按照下列所 给公式进行扩大，空间扩大实际上是 自然平衡拱逐步上 移的过程 ，因此，自然平衡拱不断上移造成顶煤裂碎、松散 、冒落 。
引 言
０ 煞 ｉ
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急倾斜煤层开采技术在我 国的主要发 展方 向有两个 。主要是推 广使用 机械化开采 ，并将适用于缓斜煤层 的回采 工艺经试验并投入 到急倾 斜煤层开采中 ，这使得对用 于急倾斜煤层 的轻 型机械的研制 工作显得尤为重要。其 次，应大力推广放顶煤采煤法的发展及使用 ， 无论是 对于缓斜煤层还是急倾斜煤层 ，放顶煤采煤方 法一直都是采 煤方法 改革的一个重要研究方 向。可 以将水平分 段综 采放顶煤采煤 法应用 于大部分急倾斜煤层 ，而巷道放顶煤采煤 法最 佳适用条件是 急倾斜 中厚一 厚煤层。 １顶煤破碎机理 急倾斜厚煤层巷道放顶煤系统 内围岩应力 重新分布 ，由于集中 应力和 瓦斯压 力的存在 ，煤体被迫 向巷道 内移动 ，形成极限平衡区 ， 随之而来的是极限平衡区产生裂纹 ，并且裂纹有 逐渐 向上部发展的 趋势。 由于煤体当中产生 了裂纹 ，致使煤体无法 保持进入极限状态 时的应 力，从而塑性变形在此阶段产生 ，直接 导致承 载能力下降， 极限平衡区下部发生破碎现象 ，逐渐成为破碎 区。位 于极限平衡区 下部的煤体悬露面积会随着初采 的进行而逐 步变 大，当悬露面积扩 大到一定程度 ，即达到煤体 的极 限跨度时 ，顶煤开始发生垮落现象 。
的含矸率。 当放 煤量 占应放煤量 的６ ０ ％ ￣６ ５ ％ 左右时， 即正 常放煤 阶段结束 ， 进 入 终采 阶 段 。
理论和实践证 明，当煤体所 处的原岩 应力 状态不发生改变时 ， 其内部结构不会发生任何变化顶煤处于应力 极限状态 ，则煤体边缘 的裂隙会有向深部发展的趋势 ，此时进行松动爆 破或 是开挖一系列 的巷道 ，顶煤的平衡 状态就会被破坏，变得容易破碎。 由此可 以看 出，在对急倾斜煤层使用 巷道 放顶煤采煤工艺时， 区段高度的确定显得尤为要 ，尤其 是在低 瓦斯或顶板项煤较硬 的中 厚及厚 煤层进行放顶煤时 ，区段高度 的选择则更 应准 确、合理 。反 观其实质，就是应该保证顶煤在矿 山压 力的作用 下可 以进入应力极 限 平衡 状 态 ２ 回采工艺及巷道布置 根据急倾斜煤层 的矿 山压力与放 顶煤 的特 点，加之 ，大部分的 煤层煤 质松软，放顶煤生产成为可 能，而放顶煤 生产 是在放煤巷道 内进行，巷道放顶煤 的回采工艺实 际只有破煤 、放煤 、运煤三道工 序，不用支护采空区和进行顶板管理 ，相 当于少了两道工序 ，使得 工艺非常简单。工人 只在放煤 巷道 内作业 ，劳动强度低。 在急倾斜中厚及厚煤层巷道放顶煤采煤法 中， 由于煤层厚度大， 倾角大 的特点，回采巷道的类型都采用全煤巷 。放煤 巷道布置有穿 煤层顶 板、穿煤底板和混合布置 以及全煤层布置 四种 情况，考虑煤
践 中对急倾斜煤层巷道放 顶煤 法进 行研 究 ，重点研究 了急倾斜 中厚 及厚煤层项煤 可放性评价体 系、顶煤区段 高度的确定 以及顶煤垮 落 规律 ，为急倾斜 中厚及厚煤层巷道放 顶煤采煤方法巷 道布置及参数 选择上提 供可靠的科学依据。
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【 关键词 】 急倾斜 ；厚煤层 ；垮落规律