我国急倾斜煤层开采的现状及发展趋势

我国急倾斜煤层开采的现状及发展趋势1引言急倾斜煤层开采方法一直是采矿技术中的难题。

2007年3月，国家煤矿安全监察局颁发“关于急倾斜煤层安全开采的指导意见(煤安监技装[2007]5号)”,揭开了急倾斜煤层安全、高效生产的序幕。

由于急倾斜煤层开采条件的特殊性，开采方法仍然是这类矿井改善技术经济面貌的主要障碍。

急倾斜煤层储量占我国煤炭总储量的4%，而南方地区80%的矿区赋存有急倾斜煤层。

因此，急倾斜煤层开采方法的研究对我国煤炭工业的可持续发展仍具有十分重要作用。

急倾斜煤层的开采方法与煤层埋藏的地质条件有密切关系。

选择某种采煤方法不仅受煤层倾角和厚度的影响，而且与煤层埋藏深度、煤层数目、围岩性质、地质构造，以及煤层的自然发火性质、瓦斯含量、水文条件等多方面的地质因素有关。

我国急倾斜煤层分布广泛，其地质条件大多数比较复杂，经过长期的勘探和开采，对现有生产矿井中的急倾斜煤层和将要开采的急倾斜煤层的赋存特征及开发环境已有相当的了解，但对具体矿井的具体煤层的开采技术缺乏足够的认识，为此，全面了解急倾斜煤层的的开采历史及相应的技术发展，实现安全、高效生产显得尤为必要。

2急倾斜煤层开采方法的历史沿革我国急倾斜煤层开采技术的改革，从解放初期到现在，大致经历了以下四个发展阶段[1]：第一阶段：五十年代初，进行了采煤方法的改革。

各矿区根据不同的煤层赋存条件，推行倒台阶工作面、水平分层、巷道长壁和沿俯斜推进的掩护支架等采煤方法。

部分采用风镐落煤，刮板运输机运煤和机械式回柱，用冒落法处理采空区，取得了提高工作面生产能力、减轻劳动强度、改善安全状况的效果，初步改变了急倾斜煤层矿井落后的技术经济面貌。

第二阶段：六十年代开始，急倾斜煤层开采技术的进步主要表现为改风镐落煤为电钻打眼爆破落煤。

为扩大掩护支架的使用范围，淮南、开滦、徐州等矿区先后在掩护支架采煤法中成功应用“八字”型等掩护支架，克服了平板型支架的一些缺点，取得了较好的技术经济效果；此外，一些开采急倾斜煤层的矿井还进行了矿井开拓和巷道布置方面的改革，降低了掘进率，改善了巷道的维护条件；同时也对工作面回采工艺进行了改革，开始应用金属支柱和金属铰接顶梁，在水平分层工作面中采用金属网假顶，或因地制宜地利用竹笆、荆笆等作假顶材料，均取得了较好的技术经济效果。

第三阶段：七十年代中期，以淮南矿区首创的伪斜柔性掩护支架采煤法获得成功为标志。

这种采煤法具有产量大、生产系统简单、巷道掘进量小、回采工序少、生产安全、材料消耗低和劳动效率高等优点。

它的试验成功是急倾斜煤层开采技术上的一大进步，目前仍在许多矿区使用。

为进一步提高急倾斜煤层开采的机械化程度，在此期间，北京、鸡西等矿区试验了滚筒式采煤机，四川攀枝花矿区试验了冲击式刨煤机，开滦、淮南矿区试验了用于掩护支架下机械化落煤的地沟机。

此外，在一些矿区还进行过急倾斜煤层综合机械化采煤的试验。

但总体来说，机械化试验成功率不高，能推广的更少。

第四阶段：八十年代末九十年代初，急倾斜煤层采煤方法得到进一步的改进，工作面长度加大、单产提高、安全条件进一步改善。

如四川芙蓉矿务局巡场煤矿试验成功的俯伪斜走向长壁分段密集采煤法，将急倾斜短壁采工作面演变成缓倾斜长壁工作面的一种采煤方法，具有产量大、通风条件好、便于顶板管理的特点。

甘肃窑街矿务局二矿试验成功的特厚煤层综采放顶煤采煤法，实现了在急倾斜煤层中进行机械化生产，大大提高了工作面的单产，改善了工作面的作业环境。

广东梅田矿务局六矿试验成功的中厚—厚煤层巷道放顶煤采煤法，产量高、材料消耗低，改善了工作面的作业环境，大大降低了工人的劳动强度，为该类煤层安全、高效开采提供了有效途径。

几十年来，我国在研究和改进急倾斜煤层开采技术方面已作了大量的工作，取得一个又一个重大的技术成果，开采急倾斜煤层矿井的技术经济面貌也在不断得到改善。

3急倾斜煤层主要开采方法评述[2]3.1柔性掩护支架采煤法柔性掩护支架采煤法是我国开采急倾斜煤层一种主要的开采方法，在一些主要矿区如开滦、徐州、淮南、四川、湖南及广东等地均有应用。

这种采煤方法与目前所应用的其他急倾斜煤层采煤方法相比，具有以下优点：⑴工作面沿走向推进，具有走向长壁采煤系统的优点，与沿俯斜推进的掩护支架采煤方法和其它柱式采煤方法相比，减少了大量溜眼和其它巷道的掘进量。

⑵简化了复杂而繁重的顶板管理工作，使生产工艺大为简化。

⑶掩护支架的安装与拆卸工作与工作面的回采工序在空间上互不干扰，可实现三班采煤，非生产的准备时间较短。

⑷采用25°左右的伪斜工作面，把急倾斜煤层变成了缓倾斜煤层来开采，使工作面行人、操作比较方便，减轻了工人的劳动强度，工作安全可靠。

⑸掩护支架受力较小，支架可以多次回收复用，在回采过程中只消耗一些竹（荆）笆或金属网，使矿井的材料消耗和生产成本降低。

这种采煤方法存在以下缺点：⑴支架结构不完善，不能在下放过程中适应煤层厚度的变化，倾角的变化也不能太大。

要求煤层赋存比较稳定，否则会造成很大困难。

⑵这种采煤方法在厚度2～8m、倾角60°～70°的煤层中使用效果较好；在厚度超过10m和倾角小于60°的煤层中使用比较困难。

⑶工艺虽然简单，但难以实现机械化回采，并且拆装支架的劳动强度较大。

⑷在掩护支架下采煤，支架将工作空间与采空区隔离，所以在回采过程中不能排除矸石。

另外当煤层含有夹矸以及煤层变薄需要破底时，会降低煤质。

3.2俯伪斜走向长壁分段密集采煤法俯伪斜走向长壁分段密集采煤法是四川芙蓉矿务局巡场矿研究试用的一种急倾斜煤层采煤方法，于1987年8月率先在地质条件较复杂，倾角在38～52°的薄及中厚煤层内应用成功。

目前这种方法已推广到四川广旺矿务局、湖南白沙、涟邵以及江西萍乡等矿区。

俯伪斜走向长壁分段密集采煤法工作面呈俯伪斜直线布置，避免了煤壁片帮伤人，减少了煤炭自溜过程中因串入采空区而造成的丢煤，也为进一步实现采煤机械化创造了条件。

与传统的台阶式采煤法相比，俯伪斜走向长壁分段密集采煤法提高了工作面煤壁的有效利用率，在区段垂高相同的情况下，工作面有效利用率比伪斜短壁采煤法提高30～40%，有利于提高工作面单产。

采用分段走向密集支柱切顶和挡矸，工作面上下分段可同时回柱放顶，充分利用了时间空间，加快了工作面推进速度。

采用分段走向密集后，工作面周期来压不明显。

主要原因是：走向密集拦截的采空区矸石，在工作空间与顶板冒落区之间形成一个自然充填带，随着工作面推进和密集柱前移，充填带也跟着前移，始终起着隔离采场工作空间和冒落区的作用，也起着临时支撑采空区顶板和减缓周期来压的作用。

这种采煤方法的主要缺点有：工作面支、回柱工作量较大，工人操作不便，且劳动强度大；区段煤柱损失较大，约占区段煤量的15%左右；分段走向密集下方的“三角区”通风较差，易积存瓦斯。

俯伪斜走向长壁分段密集采煤法适用于煤层倾角40°～75°，煤层顶板中等稳定，工作面采高不超过2m的低瓦斯煤层，或不宜使用伪斜柔性掩护支架采煤法的不稳定急倾斜薄及中厚煤层。

3.3水平分层、斜切分层采煤法该采煤法是我国较早应用于开采急倾斜厚及特厚煤层的一种开采方法，从50～60年代开始，开滦、北票、通化、鹤岗、淮南、萍乡、窑街、乌鲁木齐等矿区使用这种开采方法，在青海、甘肃、辽宁、湖南、福建、四川等省的中小煤矿也有应用。

由于这种开采方法克服了工作面倾角大带来的落煤、支护及采空区处理的诸多不便，改善了工作面工人的劳动条件，提高了生产安全性，目前，该采煤法仍广泛应用于我国的中小矿井，并在中厚－厚煤层中也有广泛的应用。

水平分层、斜切分层采煤法的主要特点是将急倾斜煤层划分成若干个厚2～8米的水平分层或倾角部超过300的斜切分层，每一个分层布置一个回采工作面。

根据分层间隔物（即假顶）的不同，此类方法又分为木板假顶、荆笆或竹笆假顶、金属网假顶、再生假顶及煤皮假顶等采煤方法，由于木板假顶、荆笆或竹笆假顶的材料消耗大，目前基本不采用。

水平分层、斜切分层采煤法能很好地适应煤层厚度及倾角的变化工作面内工人的劳动生产条件好，工作较安全。

当分层间采用人工假顶时，工作面和采区的回采率较高。

此类采煤法的严重缺点是，巷道掘进和维护量大，通风系统复杂，通风条件差。

尤其是单巷布置时，分层工作面多为串联掺新风通风。

此外，还存在运料困难，工作面不易实现机械化，产量小劳动效率不高等缺点。

因此，此类采煤法只是在埋藏条件不稳定，厚度和倾角变化较大的不规则中厚至特厚煤层中还有较强的适应性。

3.4长孔爆破采煤法急倾斜煤层壁式工作面炮采开采方法普遍存在作业条件艰苦、劳动强度大、安全条件差等问题。

而长孔爆破采煤法回采工艺比较简单，人员不进入回采工作面，基本解决了上述问题。

北京矿务局的长峪沟煤矿、湖北香溪矿务局、福建省陆家地煤矿、铅坑煤矿、宁化煤矿、江西棠浦煤矿等均采用了这种采煤方法。

长孔爆破采煤法的主要特点是具有一定的灵活性，除可用于正规的工作面外，还可用于煤柱、煤仓、边角煤的回收，也可用于水力采煤中的炮采水运。

长孔爆破采煤法具有以下优点：⑴工作安全可靠。

工作人员不进入采空区，在巷道中操作电钻和装药，避免了采空区冒矸的威胁。

⑵提高了经济效益。

与巷道短壁采煤法相比，坑木消耗减少30%以上，吨煤成本也下降30%以上。

⑶减轻了工人的劳动强度，提高了工效。

钻孔钻具灵活轻巧，操作方便，适应性强。

用手持煤电钻在坚硬煤层中打眼需3～4人，这种采煤法用专用钻具打眼只需1～2人，并且钻孔速度快，工效比传统炮采方法提高1～2倍。

但是，这种开采方法也存在以下缺点:⑴产量低。

一个工作面只能单点作业，且打眼与出煤不能平行作业，出煤时间过于集中，不利于均衡生产。

⑵煤质难以保证。

尤其当煤层较薄、顶底板较破碎时，由于炮眼方向难以准确掌握，造成顶板或底板的破坏而形成煤矸混合，影响煤质。

⑶部分乏风易进入采空区，不易通风管理。

⑷这种方法只能用于顶底板比较坚硬，无煤尘爆炸危险的低瓦斯矿井。

3.5滑移顶梁支架放顶煤采煤法滑移顶梁液压支架是介于单体液压支柱和机械化液压支架之间的一种过渡型支架，我国于上世纪八十年代中期在急倾斜煤层中使用这种支架放顶煤。

滑移支架放顶煤具有以下优点：⑴初期投资少，仅为机械化液压支架的1/3～1/5。

⑵分段高度一般可达10m或更多，比用水平分层开采少掘部分平巷和溜煤眼，掘进量减少3/4以上。

⑶支架体积小，重量轻，能自移。

既减轻了工人的劳动强度，又能较好地适应煤层厚度的变化。

主要缺点：⑴滑移顶梁不是放顶煤的专用支架，许多方面与放顶煤法不相适应。

⑵滑移顶梁支架自稳性较差，又反复卸载支撑顶煤，破坏顶板的完整性，影响安全生产。

⑶支架移架工序多、速度慢，使用寿命短。

3.6水平分段放顶煤采煤法[3]我国传统的开采急倾斜特厚煤层多用高落式采煤法、水平分层和斜切分层采煤法以及伪倾斜柔性掩护支架采煤法。