1、 研 究 生 课 程 论 文 封 面（20102011 学年第 2 学期）课程名称： 采矿技术与方法 课程类型： 专业技术课 授课教师： 李东印 学 时： 36 学 分： 2.0 论文得分批阅人签字批阅意见：论文题目： 大倾角煤层主要采煤方法 姓 名： 关 锡 镔 学 号： 211002020006 年 级： 2010 级 专 业： 矿业工程 学 院： 能源与工程学院 注意事项：1、 以上各项由研究生本人认真填写；2、 研究生课程论文应符合一般学术规范，具有一定学术价值，严禁抄袭或应付；凡学校检查或抽查不合格者，一律取消该门课程成绩和学分，并按有关规定追究相关人员责任；3、 论文得分由批阅人填
2、写，并签字确认；批阅人应根据作业质量客观、公正的签写批阅意见（原则上不少于 50 字） ；4、 原则上要求所有课程论文均须用 A4 纸打印，加装本封面，左侧装订；5、 课程论文由学生所在学院（系）统一保存，以备查用。河南理工大学研究生处制大倾角煤层主要采煤方法我国将煤层按倾角分别分为缓斜(025)、倾斜(2545)和急斜(4590)三类。大倾角煤层迄今为止还没有给出确切的定义，但根据冒落矸石滑动的自然安息角和一般液压支架最大适用角度，可认为大倾角煤层主要是指倾角大于 35的这一类煤层，倾角的上限可以是 55或者 60。 世界主要产煤国家都有储量不一的大倾角煤层。在我国大倾角煤层的储存量大约占煤
3、炭总储存量的 14.05%，这些煤层主要分布在我国的四川、新疆、广东、福建、甘肃、内蒙古及东北等省(区)，大倾角煤层的年产量大约占全国煤炭总产量的8%10%，但在一些省(区)大倾角煤层的产量却占有很大的比例，如在四川省40%50%的煤炭产量来自于大倾角煤层。因此，关于大倾角煤层开采方法和开采过程中的矿山压力规律以及顶底板移动规律的研究对我国煤炭工业的发展仍具有十分重要作用。对于大倾角煤层，使用综采支架放顶煤一次采全高的采煤方法，实现了高产高效安全生产，具有明显的优势，但这对设备的要求都很高。在我国一些相对落后的 地方实现不了这种高设备的要求，退而求其次选择利用单体液压支架实现放顶煤或者一次采全
4、高，如在我国一些矿区包括河南很多都在采用或者曾经采用过这种方法，也取得了满意的效果。然而国家安全监管总局和国家煤矿安监局有关职能部门从安全角度出发，明确下文件指示：倾角大于 30的工作面不得用单体液压支架放顶煤。事实证明，全盘否定使用单体柱液压支架进行放顶煤好象不尽人意，但肯定用单体柱液压支架进行放顶煤又忧心重重。为此，从实际出发探讨在哪些条件下可以放，在哪些条件下不可以放是十分必要的。可放不可放的关键在于支架的稳定性，影响支架的稳定性主要有煤层的赋存条件、煤岩围岩应力分布规律、支架的质量以及支架支护工艺。1 大倾角煤层开采的特点 由于煤系地层受到地质构造运动的挤压，煤层顶底板遭受破坏的程度相
5、对于缓倾斜煤层大，因此煤层顶底板岩石的层理和原生裂隙较发育，较易冒落；与缓倾斜煤层相比，由于煤层倾角较大，普通支架的稳定性相对也差；与急倾斜煤层相比，由于煤层倾角较小，柔性掩护支架的稳定性差，易啃底而不易下放；当煤层厚度比较大时，柔性掩护支架的结构和尺寸受到限制，带来如啃底、稳定性弱等问题；在大倾角工作面破落下来的煤岩会自动下滑，有利于工作面煤的运输，但随着煤岩块的自动滚落，容易伤到人和对支架产生冲击，对作业人员的安全造成威胁；由于垮落的矸石从上向下滚落，可对工作面下部采空区起到充填作用，但其上方的冒落带漏斗状明显，能够影响地表及岩层移动的控制；开采大倾角煤层时，对具有自然发火期的煤层防治火比
6、较困难。当采空区已经发火时，往往难以对发火区域进行隔离处理，特别在开采工作面下区段时，上区段采空区的火源会冒落到下区段，给防灭火带来困难。 煤层倾角是影响采场矿山压力分布的主要因素之一。在大倾角工作面，顶板(煤) 不仅要受到支承压力的作用而产生变形破坏，而且还要受到倾斜方向重力分力的作用影响。因此，大倾角煤层的顶板并不是沿法向移动，而是沿着一条逐渐接近重力作用方向的曲线移动。顶板(煤)越不稳定，其移动曲线偏离法线也就越远。顶板移动的切向分量对支架产生侧向力，可能导致支架倾倒。 大倾角煤层开采会出现的基本技术问题有： （1）顶板破断和垮落的煤岩块沿着底板向工作面下部采空区滑、滚(倾角大于冒落矸石
7、自然安息角35)，采用走向长壁开采时会在工作面倾斜方向形成不均匀充填特征，从而导致工作面不同区域矿压显现不同5，通常是中上部矿压显现比下部要剧烈。 （2）除顶板垮落外，大倾角煤层的底板也会出现破坏滑移。当顶板垮落或者移动的方向和速率与底板破坏滑移方向和速率不同时，会引起工作面“底板支架顶板”系统稳定性失稳，从而导致灾害性事故发生。 （3）由于重力的法向及切向分量都随着倾角增加而改变，使得切向分力增大而法向分力减小，因此，工作面支护系统所受的工作载荷会变小，而引起支护系统失稳的外载会增大，工作面滑架、倒架以及架与架之间挤、咬现象加剧。 所以，工作面岩层稳定性的控制重点不是提高支护系统的支护工作阻
8、力，而在于加强支护系统的稳定性。而要解决上面的技术问题，最基本的就是把握矿压规律，分析工作面上覆岩层结构，从而合理的提出相应的安全防范措施，保证矿井安全生产和取得良好的经济效益。 2 大倾角煤层主要采煤方法 大倾角煤层的开采方法一直是采矿技术中的难题，早已经引起了国家相关部门的重视。长期以来，采矿专业技术人员对此作出了坚持不懈的努力，并最终取得了可喜的进展，然而，由于大倾角煤层开采条件的特殊性，开采方法仍然是此类矿井改善技术经济面貌的主要障碍。 大倾角煤层的开采方法与煤层埋藏的地质条件有着密切关系。选择某种合适的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、煤层的数目、围岩的性质、地
9、质构造以及煤层的自然发火性质、瓦斯含量、水文条件等多方面复杂的地质因素有关。我国大倾角煤层分布比较广泛，其中大部分地质条件比较复杂，经过长期的勘探和开采的总结，对现有生产矿井中的大倾角煤层和即将要开采的大倾角煤层的开采方法已有相当的了解，主要有以下几种开采方法。 2.1 伪斜柔性掩护支架采煤法 伪斜柔性掩护支架采煤法是我国开采大倾角煤层的一种主要方法，在一些主要矿区如开滦、徐州、淮南及四川、广东等矿区都有广泛的应用。它和其他急倾斜煤层采煤方法相比主要具有以下特点：工作面沿煤层倾向伪斜直线布置，沿着走向方向推进，利用柔性掩护支架隔离采空区和采煤工作面，工作人员在柔性掩护支架的支撑保护下进行采煤工
10、作。回采工艺主要是由支架的安装、支架的下放以及支架的拆除三个环节组成。在工作面正常回采期间主要的三项工作同时进行：在区段回风平巷内保持不断的加长掩护支架，在工作面下端不断保持拆除掩护支架，在掩护支架下进行采煤作业。在掩护支架工作面目前一般采取爆破落煤的作业方式，所以掩护支架工作面的采煤包括打眼、装药、放炮、铺溜槽出煤和调整掩护支架等工序。 回采巷道的特殊布置方式使得这种采煤方法具有的特点：生产系统简单、掘进率低，回采工作面连续性强、通风条件好等。柔性掩护支架把工作面采煤空间与采空区隔开，不仅大大减轻优化了繁重复杂危险的顶板管理工作，也给工作面的采煤工作创造了良好的作业空间和安全的生产条件。 2
11、.2 斜坡陷落采煤法 斜坡陷落采煤法的核心实质就是以倾斜巷道为主要、以石门布置为辅的巷道布置形式，以煤体的自然跨落为主的落煤方式。此采煤方法不仅适用于急倾斜厚和特厚煤层，在急倾斜薄、中厚煤层以及缓倾斜、倾斜的厚煤层中也都有应用。巷道的布置方式一般都是从底板运输巷每隔 100150m 的距离进行掘凿透煤石门，然后在石门范围内距煤层 78m 处掘岩石上山透回风水平的采区石门，再沿着岩石上山每隔 2030m 进行掘透煤小斜坡，最后再沿着煤层走向的两翼掘伪斜坡来抵达采区边界，进行后退回采。 在斜坡陷落采煤法中，采煤工作面具有其特定的概念，它不同于长壁式工作面的概念。斜坡陷落采煤工作面回采时有相当的长度
12、和人为控制的高度，它不是一个连续的向前推移的面而只是一个空间，在这个空间内依靠煤的自然跨落或者是采用某种手段促使其跨落，从而扩大其工作面的面积，更主要是能够扩展其高度，当附近采空区的矸石窜入并充填满这个空间时，这个空间的采煤工作就告结束，换一个地方形成开一个新的空间 斜坡陷落采煤法的主要优点有：巷道布置及采煤工艺都能随着煤层条件的变化而变化，无需做比较大的变化或调整；其次能够充分利用煤层较松软、易塌落的特征，简化落煤工艺及工作量；最后是具有生产潜力，能够使产量有大幅度的增长。点主要有：煤炭的回采率低，可能达不到国家规定要求；工作面采煤空间狭小，煤炭粉尘量也比较高，主要作业地点一般都是采用局扇通
13、风，通风量可能不足；有大量的笨重体力劳动，需要人工管理的地方比较的多。2.3 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最先是1987年8月四川芙蓉矿务局巡场矿在地质条件比较复杂，倾角在3852的薄及中厚煤层研究试用的，取得了成功后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，均取得不错的效果，极大的改变了当地矿区的生产能力面貌。 俯伪斜走向长壁分段密集采煤法的主要特点是：长壁工作面呈俯伪斜方向直线布置，沿走向推进，采用分段水平密集支柱进行切顶和挡矸，隔离采空区与回采空间，工作面要分段打眼放炮落煤，煤炭可以实现自溜运输。 俯伪斜走向长壁分段密集采煤法对大倾角
14、煤层的开采适应性比较强，工作面俯伪斜直线布置，能够变大倾角为伪倾斜，从而减小了回采工作面倾角，倾角的减小可实现机械化采煤，避免了煤壁发生片帮伤人，可以在工作面铺设溜子用以控制煤流的方向和速度，减少了煤炭在自溜过程中因串入采空区而造成的丢煤，也可以为进一步实现采煤机械化创造了条件。 采用分段走向密集支柱切顶和挡矸的采煤方法，工作面上下分段可同时进行回柱放顶的平行作业，充分利用时间、空间，提高了工作面的有效利用率。在区段垂高相同的情况下，工作面效利用率比伪斜短壁采煤法能够提高3040，大大提高了工作面的单产。另外工作面不仅推进速度快，而且工作面可采用单体液压支柱进行支护，能适应煤层厚度的变化，工人
15、在工作面作业也方便、安全，可减少瓦斯突出的威胁。 采用分段走向密集支柱切顶和挡矸的采煤方法主要缺点：工作面支、回柱工作量较大，而且工作人员操作起来不方便，分段走向密集下方的“三角区”通风条件较差，容易积存瓦斯；区段煤柱损失也比较大，约占区段煤量的15%左右。 俯伪斜走向长壁分段密集采煤法适用于倾角4075、煤层顶板中等稳定、煤壁易片帮、工作面采高不超过2.0m的稳定或不稳定煤层，或是不宜采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法的不稳定大倾角薄及中厚煤层。 2.4 斜台阶采煤法 采用斜台阶采煤法进行开采的的工作面煤壁形成的形状是台阶式的，上台阶超前于下台阶，并且在两个相邻台阶之间以30的伪斜小巷相连，整个采
16、场及其煤壁都呈伪斜的正台阶状。 斜台阶采煤法的整个采煤工作面是由沿着真倾斜的短壁工作面和伪斜小巷依次相间连结而成，因此这种采煤方法既能够吸取了伪倾斜掩护支架采煤法的优点，同时也消除了倒台阶采煤法工作人员可能掉入采空区的不安全因素，而且还结合了使用倒台阶采煤法对断层、煤厚和倾角适应性强的优点，也具有采用水平分层采煤法中铺设假顶隔离采空区并便于处理采空区矸石的优点。 采空区处理方法对整个工作面而言是采用全部垮落法进行管理，而对于下部的短壁面则是矸石充填法。因为煤壁整体呈伪斜状，沿煤层走向方向顶板的支承压力传递比较稳定，可以缩短工作面真倾斜方向上的控顶长度，从而减少了顶底板的相对滑动量和滑动速度，改
17、善了采场顶底板的受力状态，增强了顶底板的稳定性，顶板压力也减小，周期来压现象不明显，提高了工作面的安全可靠性。利用假顶来隔离采空区，落煤损失会减少，这样不仅提高了煤炭的回收率而且有利于防止采空区的自然发火。虽然利用斜台阶采煤法巷道布置简单，但是掘进率低，会制约工作面的接替。 2.5 长孔爆破采煤法 长孔爆破采煤法也叫深孔爆破采煤法，是指在巷道中打长(深)孔爆破落煤，其实质是就是加大小分段平巷或回采斜坡的间距，用以提高此类采煤方法的技术经济效果。 长孔爆破采煤法和普通炮采方法不同。采用长孔爆破采煤法，工作人员不需要进入到回采工作面，主要是在巷道内利用有关机具进行打眼、装药和放炮，回采工艺简单、安
18、全、可靠，劳动强度也低，占用人员较少，工效高，坑木消耗少，吨煤成本较低。 这种采煤方法具有很强的灵活性，可以用于开采不规则煤层和无上风巷的煤层，特别是0.30.4m的极薄煤层，可以较高提升回采率。但是采用这种采煤方法后的顶板管理不够完善，爆破后煤炭实行自溜，易混入矸石，造成煤矸石的混合，影响煤质。同时部分乏风会进入采空区，不利于通风的管理。因此长孔爆破采煤法一般适用于煤层倾角大于45，煤厚大于1.0m，顶底板都比较坚硬，无煤尘爆炸危险的低瓦斯矿井。除了以上主要采煤方法，在各集团公司也尝试过其他的采煤方法。如2000年起，鹤岗矿业集团峻德煤矿开始探索大倾角厚煤层“”放采煤方法，经过几年的不断探索，采用自滑运输获得成功，并将“”放适用范围扩大到33的大倾角煤层。采区设计时，采用了相邻石门间工作面，走向长度不大于3个月的回采周期等手段，有效地控制了煤层自燃。“”采煤方法在峻德煤矿大倾角厚煤层中的成功应用，取得了显著的技术经济效果，既降低了成本、缓解了采区接续、提高 了全员工效、减轻了工作人员的劳动强度，同时也是建设高产、高效矿井的最佳途径。
