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1、急倾斜煤层开采技术急倾斜煤层开采技术中国矿业大学矿业工程学院 高明仕 副教授E-mail:cumt_* *1 1中国矿业大学中国矿业大学u一. 中国急倾斜煤层赋存状况u二. 急倾斜煤层开采方法的历史沿革u三. 急倾斜煤层开采的主要特点及存在问题u四. 急倾斜煤层主要开采方法u五. 急倾斜煤层开采的发展趋势u六. 云南威信矿区煤炭开采几个针对性问题主要内容急倾斜煤层开采综述急倾斜煤层开采综述DateDate2 2中国矿业大学中国矿业大学一.中国急倾斜煤层煤矿现状急倾斜煤层开采综述急倾斜煤层开采综述* *3 3中国矿业大学中国矿业大学我国是一个产煤大国，资源丰富，煤炭在我国国民经济发展中占有重要的
2、地位，占一次消耗能源构成的70%以上，不仅是主要能源，同时又是主要化工原料。据预测，到21世纪中叶以前，煤炭仍是我国的主要能源之一，煤炭作为我国的主要能源，在国民经济建设中具有重要的战略地位。我国西部赋存有大量35以上的大倾角煤层。虽然大倾角或急倾斜煤层在全国只占15%20%的储量，但西部矿区50%以上的矿井开采有大倾角煤层，如主要产煤省（区）：四川、重庆、云南、贵州、新疆、甘肃、宁夏等，中国急倾斜煤层煤矿现状* *4 4中国矿业大学中国矿业大学大倾角（急倾斜）煤层是许多矿区或矿井的主采煤层。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，关于急倾斜煤层开
3、采方法的研究 对我国煤炭工业的发展仍具有十分重要作用。随着21世纪我国矿产资源开采重点西移，煤炭资源开发已成为西部地区区域经济发展的重要支柱，显然大倾角及急倾斜煤层开采的研究将是西部煤炭开采的重大课题。急倾斜煤层开采方法一直是采矿技术中的难题，已经引起国家有关部门的重视。长期以来，人们对此作出了不懈的努力，然而，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。中国急倾斜煤层煤矿现状DateDate5 5中国矿业大学中国矿业大学图来自(煤炭资源有偿使用试点在山西等8个省区推进 2006年) 急倾斜煤层开采方法 的历史沿革DateDate6 6中国矿业大学中国矿业
4、大学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。中国急倾斜煤层煤矿现状DateDate7 7中国矿业大学中国矿业大学二.急倾斜煤层开采方法的历史沿革急倾斜煤层开采综述急倾斜煤层开采综述DateDate8 8中国矿业大学中国矿业大学我国急倾斜煤层开采技术的改革，从解放初期到现
5、在，大致经历了以下四个发展阶段第一阶段：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。急倾斜煤层开采方法 的历史沿革DateDate9 9中国矿业大学中国矿业大学第二阶段：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
6、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。 急倾斜煤层开采方法 的历史沿革DateDate1010中国矿业大学中国矿业大学第三阶段：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
7、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，在一些矿区还急倾斜煤层开采方法 的历史沿革DateDate1111中国矿业大学中国矿业大学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，
8、是由伪斜短壁采煤法演变而成的一种采煤方法，具有产量大、通风条件好、便于顶板管理的特点。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。急倾斜煤层开采方法 的历史沿革DateDate1212中国矿业大学中国矿业大学三.急倾斜煤层开采的主要特点及存在问题 急倾斜煤层开采综述急倾斜煤层开采综述DateDate1313中国矿业大学中国矿业大学1.急倾斜煤层的构造复杂,断层和褶曲多,煤层厚度变化较大,开采煤层的赋存条件普遍较差、储量少、开采困难、采煤 工作面生产能力小。因此,开采急倾斜煤层的矿井多数是中、小
9、型矿井。2.急倾斜煤层的倾角大于岩石安息角,采煤工作面采下的煤能自动下滑,从而简化了工作面的装运工作,但下滑的煤和矸石容3.1 急倾斜煤层开采特点急倾斜煤层开采的主要特点 及存在问题 DateDate1414中国矿业大学中国矿业大学易冲倒支架,砸伤人员,急倾斜煤层和围岩的节理发育,初次来压和周期来压不明显，易发生无预兆的大面积突然冒顶垮落,造成顶板事故,给生产带来一些不安全因素。因此,生产的不安全因素多,安全性差。急倾斜煤层层面图、剖面图急倾斜煤层开采的主要特点 及存在问题 DateDate1515中国矿业大学中国矿业大学3.急倾斜煤层顶板压力垂直作用于支架或煤柱上的分力 比缓倾斜煤层小,而沿
10、倾斜作用的分力大,煤层开采后,煤层顶、底板都有可能沿倾斜方向滑 动垮落,支架稳定性差,易发生扭曲与倾倒。因而工作面支护工作的难度大。采区用一组上山眼的布置方 式，或用伪斜折返上山。急倾斜煤层开采的主要特点 及存在问题 DateDate1616中国矿业大学中国矿业大学3.2 急倾斜煤层开采技术存在的问题总的来说,目前我国急倾斜煤层开采方法中不同程度地存在很多问题,这些问题主要表现在以下几个方面:1.煤炭损失率高。主要存在于那些采落的煤炭与采空区冒落矸石无隔离设施的采煤方法,如斜坡式、小分段爆破、水力采煤、仓储式等。这些采煤方法的煤炭损失率有的高达40%-50%,与此同时,生产的煤炭往往有较高的含
11、矸率。煤炭损失率高,不但给煤炭自燃创造了条件,而且浪费资源,缩短矿井寿命。急倾斜煤层开采的主要特点 及存在问题 DateDate1717中国矿业大学中国矿业大学2.巷道掘进率高。这些问题主要表现在斜坡式、小分段爆破和沿倾斜推进的掩护支架等采煤方法中。这些采煤法,有相当大的一部分巷道是在支承压力带内掘进和维护的,维护这些巷道的工作量很大。掘进率高,增加了巷道掘进维护的费用,影响工作造成困难。尤其在有冲击地压危险的煤层中,巷道对煤体切割过多,增加了冲击地压的危险。 3.通风条件差。这一问题,大部分急倾斜煤层采煤方法都不同程度地存在,而斜坡式、小分段爆破、仓储式和长孔爆破采煤法尤为严重。这些采煤方法
12、中,通风系统复杂,有的采煤工作面为独头通风,工作面风流中,煤尘和瓦斯的含量较高,对工人的健康和安全危害较大。急倾斜煤层开采的主要特点 及存在问题 DateDate1818中国矿业大学中国矿业大学4.工人劳动强度大。这是所有急倾斜煤层采煤方法共同的缺点,由于煤层赋存条件的限制,急倾斜煤层中大部分巷道和工作面坡度大、空间小,工人在工作面落煤、支护、运料、行走均十分困难,劳动强度大。5.开采效益差。与倾斜或近水平煤层比较,急倾斜煤层的开采不仅单产低、工效低,而且成本高、煤质差,因此,这类急倾斜煤层矿井规模小、效益差。急倾斜煤层开采的主要特点 及存在问题 DateDate1919中国矿业大学中国矿业大
13、学3.3 急倾斜煤层采煤方法的分析 1.合理划分采区,加大采区尺寸尽量加大采区尺寸,加大采区的煤炭储量。划分采区时,根据生产设备及回采工艺的要求,避免人为地划分采区边界,适当加大采区的走向长度,加大阶段垂高。矿井多采用立井多水平集中运输大巷 和采区石门开拓方式 急倾斜煤层开采的主要特点 及存在问题 DateDate2020中国矿业大学中国矿业大学2.优化回采工艺,提高生产效率目前我国急倾斜煤层开采工艺相对比较落后,绝大多数矿井采用炮采工艺和风镐落煤工艺,工人劳动强度大,安全状况差。优化回采工艺最主要的就是提高回采机械化程度。要提 高矿井开采的机械化程度,可以从局部机械化和全局机械化两个方面来考
14、虑。局部机械化指的是从支护方式、落煤方式以 及运输方式几个方面单独考虑改进方法,以提高矿这几个方面的机械化程度。全局机械化是采用综合机械化采煤方式,从破煤、装煤、运煤以及支护四个方面来实现机械化。急倾斜煤层开采的主要特点 及存在问题 DateDate2121中国矿业大学中国矿业大学在一定的条件下,对开采技术条件进行评价,寻求最适宜的采煤方法,并且通过对工作面开采工艺、设备及系统配置的分析,采取改造系统的薄弱环节、完善工艺系统和开采技术等措施来有效地提高工作面单产。如加大采区走向长度,改进回采工艺,合理确定采煤工作面的支护方式等。在通常情况下,急倾斜煤层采区的走向长度比较小,可采储量少,只能满足
15、几个月的正常生产,造成采面搬迁频繁,而且需要留设大量的保护煤柱,影响资源回收率。这不仅影响矿井的正常生产,增加无效工时,同时也造成了资源浪费,降低了工作面设备的急倾斜煤层开采的主要特点 及存在问题 DateDate2222中国矿业大学中国矿业大学使用效率,影响机械化程度的提高。在生产过程中,根据矿井地质条件的变化,加大采区走向长度,不仅可以增加采区储量和服务年限,减少工作面搬迁次数,而且还能减少区间煤柱的损失,减少准备巷道的掘进工程量,进而增大采区生产有效工时比率。加大采区的走向长度,还可以增加采区同时开采的工作面个数,能提高采区的生产能力,有利于采区和矿井的集中生产。急倾斜煤层开采的主要特点
16、 及存在问题 DateDate2323中国矿业大学中国矿业大学3.改进巷道布置,优化生产系统选择巷道布置方式时,首先要满足安全生产的要求,保证每个采区、回采工作面均至少有2个安全出口,实现工作面全负压通风。其次,巷道布置方式要与采煤方法一致,同回采工艺结合,充分考虑水平巷道、倾斜巷道各自的优缺点,尽量不采用垂直巷道,提出系统简单、布置合理的准备、回采巷道。急倾斜煤层开采的主要特点 及存在问题 DateDate2424中国矿业大学中国矿业大学四. 急倾斜煤层主要开采方法评述急倾斜煤层开采综述急倾斜煤层开采综述DateDate2525中国矿业大学中国矿业大学1、倒台阶采煤法巷道布置区段划分： 采区沿倾斜划分为2 3个区段 急倾斜煤层主要开采 方法评述DateDate2626中国矿业大学中国矿业大学工作面布置采面参数台阶长15 20m台阶数：2 4个 倒台阶布置：上下台阶错距为2 3m，最下一个台阶：错距为5 6m，台 阶较短： 12m采面下部： 超前平巷 煤柱4 5m 超前下台阶
