浅谈对急倾斜煤层的主要开采方法分析

期刊: 环球探索 DOI: PDF下载

杨忠

鄂尔多斯蒙苏经济开发区综合保障中心 内蒙古鄂尔多斯 017200

摘要

我国境内急倾斜煤层资源丰富,其地质特征错综复杂,涉及众多矿井的开采作业,这些矿井面临着严峻的开采难题。近年来,一系列重大安全事故的发生,凸显出开采过程中的安全隐患。为了深刻反思事故教训,我们正着力推进采煤技术的革新,力求提升急倾斜煤层的安全开采标准与技术实力。本文深入讨论了我国急倾斜煤层的开采策略。鉴于这类煤层的广泛分布与复杂的地质环境,确保开采作业既安全又高效,构成了一个重大的挑战。文章详尽剖析了多种主流开采技术,强调在选取适宜的开采方案时,必须全面评估煤层的倾角、厚度、物理力学特性,以及瓦斯含量和自然发火的可能性,以此保障煤炭开采的安全性、高效性和经济效益。


关键词

急倾斜煤层;开采方法;分析

正文


我国急倾斜煤层的分布地域辽阔,地质结构呈现出多样性与复杂性。在如此挑战性的开采条件下,煤矿业者应当秉持“安全至上、技术革新、淘汰陈旧”的指导思想,精心挑选采煤技术。这包括不懈追求机械化水平的提升,精细设计采掘工作面的布局,精炼开采流程,以及实施严格的安全生产管理体系,以此保障员工的人身安全与生产流程的顺畅。

随后,我们将细致检视我国过去在急倾斜煤层开采实践中所采纳的多种策略,目的是提炼有效经验,探寻更优化、更安全的开采路径。通过这一系列的深入分析,我们期待获得启示,推动我国煤炭工业向着更安全、更高效的未来迈进,同时激发行业内技术创新的持续动力。

一、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,作为一种高效且创新的采煤技术,其精妙之处在于通过直线型工作面的巧妙布局,不仅规避了煤壁因倾角过大而引发的崩塌风险,还显著降低了煤炭在自重作用下自由滑落至采空区所导致的资源损失。这一技术创新,不仅为煤矿安全生产提供了坚实保障,更为采煤作业的机械化、智能化升级铺平了道路。

在传统的台阶式采煤法面临效率低下、煤壁利用不充分等挑战时,俯伪斜走向长壁分段密集采煤法凭借其独特优势脱颖而出。通过保持区段垂直高度的一致性,并引入分段密集支柱系统,该方法有效提升了煤壁的利用率,较之于伪斜短壁采煤法,其效率提升高达30%至40%,直接促进了单位工作面煤炭产量的飞跃式增长。同时,这一布局优化还促进了资源的高效配置,通过上下分段同步进行的支柱回收与顶板释放策略,实现了时间与空间利用的最大化,显著加快了工作面的整体推进速度。

更为关键的是,分段密集支柱在采煤过程中构建的天然矸石屏障,有效缓解了周期性顶板压力对作业安全的影响。随着工作面的逐步推进,这些密集排列的支柱不仅充当了矸石的拦截者,还形成了动态的充填区域,为顶板垮塌区与工作空间之间提供了有效的隔离与临时支撑,从而减轻了顶板压力对生产作业的干扰。

然而,任何技术的应用都伴随着一定的挑战。俯伪斜走向长壁分段密集采煤法同样不例外。一方面,密集的支柱布局虽然增强了支护效果,但也极大地增加了支柱的设立与回收工作量,对操作人员的技能水平提出了更高要求,同时也加重了他们的劳动强度。另一方面,区段内的煤柱损失相对较高,约占总煤量的15%左右这部分损失直接影响了整体煤炭回收率,需通过精细化的设计与管理策略加以优化。此外,密集布局下的“三角区”通风问题亦不容忽视,需采取有效的通风措施以防止瓦斯积聚,确保作业环境的安全。俯伪斜走向长壁分段密集采煤法特别适用于倾角在40°到75°之间的煤层,要求煤层顶板具有中等稳定性,工作面采掘高度限制在2米以内,尤其适合低瓦斯含量的煤层,或是那些不适合采用伪斜柔性掩护支架采煤法的不稳定、薄至中厚的急倾斜煤层。

综上所述,俯伪斜走向长壁分段密集采煤法以其高效、安全的特性,在特定地质条件下展现出巨大应用潜力。特别是在倾角适中、顶板稳定性较好且煤层厚度适中的急倾斜煤层中,该技术不仅能够显著提升采煤效率,还能有效保障作业安全,推动煤矿开采向更加智能化、绿色化的方向发展。未来,随着技术的不断进步与应用的持续深化,相信这一采煤法将在更多复杂地质条件下展现出其独特的魅力与价值。

二、柔性掩护支架采煤法

柔性掩护支架采煤法,作为我国应对急倾斜煤层开采挑战的先锋技术,其独特优势在实践中得到了充分验证与广泛应用。这项技术不仅继承了长壁开采的高效与稳定,更通过独特的伪斜工作面设计,巧妙地将急倾斜煤层的开采难度降至最低。具体而言,工作面沿煤层走向的自然延伸,有效减少了掘进眼及辅助巷道的掘进量,相比传统方法,这一改进显著降低了前期投入与建设周期,提高了资源利用效率。

顶板管理的简化是柔性掩护支架采煤法的另一大亮点,它极大地减轻了矿工在顶板控制方面的负担,使生产流程更加流畅与安全。尤为值得一提的是,掩护支架的装配与拆除工序与工作面的实际回采作业实现了空间上的分离,这种设计不仅支持了三班制的连续作业模式,极大地提升了生产效率,还有效缩短了因设备准备导致的非生产时间,进一步增强了开采作业的灵活性与经济性。

然而,面对复杂多变的煤层条件,柔性掩护支架采煤法也展现出了其局限性。支架结构设计的持续优化是当前亟待解决的问题,以确保在不同煤层厚度与倾角变化中仍能保持稳定与高效。此外,尽管在特定煤层厚度(2至8米)与倾角(60°至70°)范围内表现出色,但面对煤层厚度远超10米或倾角过缓的情况,其应用效果则可能大打折扣。全面机械化回采的障碍与支架拆装作业的繁重性,亦是制约该技术进一步发展的关键因素。

尤为值得注意的是,掩护支架在隔离工作空间与采空区的同时,也带来了矸石清理的难题,尤其是在煤层中含有夹矸或需破底开采时,还可能对煤炭质量造成不利影响。因此,如何在保持技术优势的同时,克服这些局限性,将是未来研究与实践的重要方向。

三、水平分段放顶煤采煤法

在我国煤炭开采的历史进程中,针对急倾斜特厚煤层的开采挑战,传统的高落式、水平分层及斜切分层采煤法,乃至伪倾斜柔性掩护支架法,都曾扮演过重要角色,但它们在效率与安全性上的局限性日益凸显。随着科技的进步,特别是近水平厚煤层综合机械化放顶煤技术的飞跃发展,这一革命性的技术被创造性地引入急倾斜煤层的开采中,催生了急倾斜煤层水平分段综采放顶煤技术的新篇章,彻底改变了该领域的采煤面貌。

该技术通过精准的水平分段设计与高效的机械化作业,极大地提升了矿井的生产能力,部分矿井实现了产量质的飞跃,相较于传统方法如巷道长壁法、柔性掩护支架法等,产量增幅高达2至6倍,不仅增强了生产集中度,还显著提升了开采作业的机械化、自动化水平,为煤炭行业带来了前所未有的生产效率变革。

然而,每一项技术革新的背后都伴随着挑战。急倾斜煤层水平分段综采放顶煤技术也不例外,其适应范围相对特定,对于煤层厚度沿走向变化大、断层密集或厚度不足20米的煤层,该技术难以施展拳脚。此外,高昂的初期设备投入成本,复杂的设备运输与安装过程,以及固定工作面长度下难以避免的煤炭损失,都是不容忽视的问题。尤为值得关注的是,煤尘问题在机械化开采过程中愈发显著,对工人的职业健康及整个生产环境的安全构成了潜在威胁。

因此,在推广和应用这项技术时,必须严格遵循其适用条件:煤层倾角需大于45°,厚度至少20米,且在中硬度至中软度范围内。同时,采区煤层厚度需保持稳定,无大落差断层,以确保开采过程的安全与高效。在此基础上,持续优化设备配置,强化防尘措施,方能让急倾斜煤层水平分段综采放顶煤技术更好地服务于我国煤炭产业的可持续发展。

四、巷道放顶煤采煤法

1.急倾斜煤层巷道放顶煤工艺及巷道系统布置

在急倾斜煤层的开采实践中,巷道放顶煤技术通过创新的分区管理策略,显著提升了开采效率与安全性。该技术依据煤层具体地质条件,沿倾斜方向每隔15至30米精心划分作业区段,这种精细化分区不仅优化了资源利用,还便于实施精细化管理。在每个细分区段的底部,精心构筑的放煤巷道如同一条条生命线,它们巧妙地融入采区的通风系统,确保了工作面的良好通风环境,有效预防了瓦斯积聚等安全隐患。

放煤巷道的布局不仅考虑了通风需求,更在放煤效率与顶板控制上展现了高超智慧。通过在巷道侧壁精心布置放煤小眼,利用自然压力与人工松动手段相结合,实现了顶煤的精准破碎与释放。这一过程中,顶煤的破裂与堆积不仅有效缓解了顶板压力,还为后续开采提供了临时支撑。而严格的放煤管理规程,确保了破碎煤体及垮落矸石在重力作用下,能够平稳、均匀地沿放煤巷道全程移动,既保证了煤炭资源的最大化回收,又减少了开采对围岩的扰动。

综上所述,巷道放顶煤采煤法不仅是对传统放顶煤技术的创新与发展,更是急倾斜煤层开采领域的一次重要突破。它巧妙地将综合机械化放顶煤开采的高效性与沿空留巷技术的稳定性相结合,为煤炭开采行业探索出了一条高效、安全、可持续的发展路径。

2.急倾斜煤层巷道放顶煤工艺

急倾斜煤层巷道放顶煤回采作业,其高效性体现在对破煤、放煤与运煤三大核心环节的精细操作上。首先,破煤环节采用定制化机械装备,针对煤层倾角大的特点,优化钻头设计,实现精准高效破碎顶煤,减少大块煤产生,提升破碎效率。接着,放煤过程运用智能化控制系统,通过精准调控放煤口开度与时机,确保顶煤均匀下放,减少资源损失与混矸现象。最后,运煤系统则采用高效输送机,确保煤炭快速、稳定地运出作业面,减少等待时间。整个过程中,工人借助自动化监测设备,实时掌握作业状态,及时调整参数,确保安全高效生产。此外,定期的维护与保养,保证设备稳定运行,进一步提升了作业效率与安全性。

3.巷道放顶煤采煤法的适用条件

煤层的赋存状态与地质构造对巷道放顶煤采煤法的适用性至关重要。鉴于该方法无需依赖大型机械设备,对巷道断面尺寸与坡度的要求相对宽松,展现出高度的灵活性,因此尤其适用于那些埋藏条件不稳定、厚度变化显著且地质构造复杂的急倾斜煤层。

针对煤层厚度,巷道放顶煤技术主要适用于厚度在2至10米范围内的急倾斜煤层,这一区间能充分发挥该技术的优势。

谈及煤层的倾斜角度,基于实地经验和学术研究的双重验证,巷道放顶煤的开采技术展现出广泛的适用性,能够应对从5°至90°的倾角变化,这一区间覆盖了从轻微倾斜至极端倾斜的全部煤层类型。

就煤层的物理力学性质而言,与综合机械化放顶煤不同,煤的强度对巷道放顶煤影响重大。强度过高,煤层在矿山压力下难以自然垮落。通常,当煤层的普氏系数低于15时,顶煤能够顺利垮落。此外,煤层中的节理发育程度越高,对放顶煤操作越有利。

关于瓦斯浓度与自然发火的风险,它们对巷道放顶煤开采方式的制约作用不可小觑。一般来说,高瓦斯含量的煤层顶板煤体更容易释放,相比之下,低瓦斯煤层的可放性则相对较弱。值得注意的是,若高瓦斯煤层的采空区形成空腔,极易促成瓦斯气体的局部富集。鉴于此,对于那些存在自然发火隐患的煤层,运用巷道放顶煤技术时,必须加倍小心,以防潜在的火灾风险。

除了前述提及的几种开采技术,我国在过去还曾应用过诸如仓储采煤法、长孔爆破采煤法以及滑移顶梁支架放顶煤采煤法等多种方法。然而,由于种种原因,这些技术或已退出历史舞台,或几乎不再被采用,故在此将不再赘述其详情。

五、结语

在规划急倾斜煤层的开采策略时,细致分析地质环境特征是基础。除了煤层的陡峭倾角与变化厚度直接影响开采难度外,深入探究煤层的埋藏深浅、层叠复杂度、围岩的稳定性与硬度、地质构造的复杂多变,以及煤层内在的安全隐患如自然发火潜力和高瓦斯浓度,都是制定安全高效开采方案不可或缺的环节。同时,全面评估矿区的水文地质条件,预防突水、渗水等灾害,对保障开采作业的安全性与可持续性同样具有重要意义。综合考虑这些因素,方能科学设计开采方案,确保生产作业既安全又高效。

参考文献

[1]孙渝.急倾斜煤层的特点及采煤工艺[J].矿业安全与环保,2002,(S1):74-76.

[2]姬超文.赵各庄矿急倾斜煤层开采方法的实践与探索[J].河北煤炭,2005,(04):14-15.

[3]杨喜才.急倾斜煤层巷道放顶煤采煤法的实践[J].煤炭科学技术,2006,34(06):10-12.

作者姓名:杨忠. 性别:男. 籍贯:内蒙古鄂尔多斯 学历:大学本科 职称:采矿工程

 


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