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摘 要：我国急倾斜煤层开采过程中，在开采技术条件限制的情况下不适合采用机械化采煤时，一般采用走向长壁分段密集支柱采煤法或柔性掩护支架采煤法开采。根据矿井开采技术条件、煤层赋存条件等实际情况，合理选择采煤方法、优化回采工作面布置及采煤工艺是确保矿井安全生产、提高生产效率、减轻劳动强度的关键。
关键词：急倾斜煤层；采煤方法；柔性掩护支架；为倾斜；采煤工艺
中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）23-0170-02
1 急倾斜煤层采放方法的发展与应用
急倾斜煤层是指倾角在45°以上的煤层，由于受开采技术条件限制，目前国内急倾斜煤层开采机械化程度相对较低，应用不广。根据我国煤炭行业发展趋势、行业政策等，现急倾斜煤层开采主要采用急倾斜特厚煤层水平分段放顶煤采煤法、急倾斜煤层走向长壁采煤法、伪倾斜柔性掩护支架采煤法为主，其它落后的采煤方法逐步退出历史舞台。
2 祥云大箐海煤矿开采技术条件简述
（1）矿区水文地质条件为以裂隙含水层充水为主的中等类型。
（2）矿区工程地质类型为以层状岩类为主的中等类型。
（3）矿井预测为低瓦斯矿井，无突出危险性。
（4）区内可采煤层1层为K10煤层，煤尘无爆炸危险性、煤的自燃倾向性为Ⅲ类，属不易自燃煤层。
（5）井田内K10煤层厚度一般0.45～2.55m，平均煤厚1.37m，煤层倾角一般52～60°。顶板以细砂岩、泥質砂岩、粗砾岩为主，底板以砂质泥岩、细砂岩为主。顶、底板岩石较完整，均呈块～柱状，顶、底板岩石稳固性较好，开采时易支护。
3 柔性掩护支架采煤法的应用
矿井设计生产能力为15万t/a，投产时首采区为+2120m一水平一采区。矿井建设过程中揭露首采区煤层厚度变化较大，煤层厚度一般为1.6～2.8m，倾角一般60°。矿井投产时布置2个回采工作面，分别为11011、11012回采工作面。
3.1 采煤方法选择
目前国内开采急倾斜煤层机械化水平有限，根据矿井开采技术条件、煤层赋存条件及现有开采技术分析，祥云大箐海煤矿适合采用柔性掩护支架采煤法、走向长壁分段密集支柱采煤法开采。现将其优缺点分述如下：
3.1.1 伪倾斜柔性掩护支架采煤法
（1）优点：①将工作面倾角变缓，工作面伪斜长度增大，巷道布置和生产系统简单，工作面连续推进时间长，搬迁次数减少，有利于安排工作面均衡生产，降低掘进率，同时，工作面破煤方便自溜运输；②利用掩护支架把采煤工作面空间与采空区隔开，简化复杂繁重的顶板管理工作，减少了繁重的体力劳动，安全可靠性增强，支护材料消耗降低；③掩护支架安装和拆除工作，在空间上能与工作面的正常采煤工作分开，三者可以平行作业，互不影响，采煤工艺简单，可以实现三班连续破煤，单产高，技术经济效果好。
（2）缺点：①掩护支架结构固定，在下放过程中，对煤层厚度、倾角等产状变化的适应性差；②在含有夹矸的煤层中使用时，无法排除矸石，降低了煤炭的质量；③当工作面出现淋水时，劳动条件较差，煤炭质量困难。
此采煤法煤层及顶、低板较稳定，煤层倾角55°以上，夹矸层较薄，煤层适宜厚度在1.5～6m的急倾斜煤层。
3.1.2 走向长壁分段密集支柱采煤法
（1）优点：①工作面沿俯伪斜直线布置，减少煤矸下滑速度，有利于防止冲倒支架和砸伤人员，改善了工作面安全生条件；②因工作面伪斜直线布置，改善了工作面顶底板受力状况，相对增加了稳定性，出现大面积底推和顶板拉裂的可能性减少；③工作面有效利用率提高，为提高单产，改善工作面近煤壁处的通风状况；④分段走向密集除切顶外，主要起挡矸作用，拦截采空区矸石，在工作空间与采空区跨落区之间形成一个自然充填带，使老顶来压滞后，减缓了老顶来压作用，减少了工作面支柱损耗量及维修工作量；⑤减少了煤炭自溜过程中因窜入采空区造成的煤炭损失，提高了采区回收率，有利于工作面煤层自然发火的防治。
（2）缺点：①工作面的支、回柱工作量较大，且人工操作不便；②分段密集下方三角区通风条件较差，易于瓦斯积聚；③区段煤柱损失较大；④煤层顶板有淋水时，作业环境较差。
此采煤法适用于顶板中等稳定，易片帮、采高不超过2.0m，或不宜使用俯伪斜柔性掩护支架采煤法的不稳定的急倾斜薄至中厚煤层。
通过以上2种采煤方法分析比较，大箐海煤矿投产时采用柔性掩护支架采煤法开采。
4 柔性掩护支架采煤法的优化
4.1 柔性掩护支架选择
目前应用成熟的掩护支架结构形式有以下几种：
平板型掩护支架：为我国使用最早，应用最广泛的一种掩护支架，主要由钢梁及钢丝绳构成，主要使用于开采煤层倾角大于55°，厚度为2～6m，埋藏稳定，煤厚变化不大的急倾斜厚煤层。缺点是对煤层赋存条件适应性差，支架不易下放，煤层厚度不大时，掩护支架下工作空间较小，通风条件不好。
“八”字形掩护支架：适用于煤层厚度在2～6m，煤层倾角大于55°的急倾斜煤层，相对于平板型掩护支架的优点是对煤层赋存条件适应性较强，支架易下放，煤层厚度不大时，掩护支架下工作空间较大，通风条件较好。
单腿支撑式掩护支架：当煤层倾角在45～60°时，为使支架能够顺利下放而不切入底板，该支架下放性良好，下放过程中不仅不啃底，而且能克服较小的底板凸起变化，使用于开采厚度1.3～3.5m，产状赋存稳定的煤层。
“7”字型掩护支架：适用于开采厚度1.3～3.5m以下的急倾斜煤层。煤层倾角在45～60°的薄煤层效果较好。
4.2 柔性掩护支架优化
根据以上各种形式的掩护式支架的适用条件分析比较，并结合本矿井煤层赋存条件，煤矿选用类似“八”字形的4节型柔性掩护式支架。 （1）根据急倾斜煤层顶、底板垮落规律及“三带”分布分析，急倾斜煤层主要应力集中在顶板一侧。工作面选择小跨度类似“八”字形的4节型柔性掩护式支架沿顶板布置，有效减少顶板压力，控制回采推进方形，有效防止支架变形等。
（2）4节型柔性掩护式支架有效增加了工作面空间，沿厚煤向薄煤推进时，有效防止了支架啃底，解决支架下放困难问题。
（3）小断面支架在不稳定煤层中应用，采取安全技术措施后，解决了因煤层厚度变化重新更换支架的问题。
急倾斜煤层开采“三带”分布、移动角、支架布置分别如图1～3所示。
4.3 工作面布置优化
4.3.1 工作面参数
投产时，一水平一采区区段垂高为50m，工作面伪倾角为35°，倾斜长度为77m，工作面切眼与运输顺槽夹角为40°。
4.3.2 工作面布置方式
回采工作面经调斜后与水平面夹角为35°，在工作面上部布置一条回风顺槽，下部布置一条工作面运输顺槽。工作面与运输巷间设5m煤柱带，并每隔5m设置一个溜煤眼。工作面布置形式如图4所示。
4.3.3 工作面布置优化
（1）原超前平巷设置110m，铺设刮板输送机运煤，每隔100m设置一个溜煤眼。现超前平巷设置为超前硐室，长度不超过6m，缩小了断面，每隔5m设置一个溜煤眼与下部运输巷贯通。超前硐室设置简单方便，减少了刮板输送机拆卸、安装及超前平巷施工对工作面生产的影响时间。
（2）超前平巷设置由于巷道过长，需独立配风，且存在掘进工作面、回采工作面串联通风问题。优化后，超前硐室设置长度不超过6m，回采工作面正常回采时可利用自然通风解决。超前硐室不独立配风、施工时间短。
（3）工作面伪倾斜工作面与水平面夹角一般为25～35°。优化后，工作面切眼与水平面设置倾角为35°，煤炭自溜效果较好；同时使得工作面切眼与运输巷在煤层面上的夹角不至于过小，有效减小回采时采空区冒落矸石对支架造成压力过大。
（4）工作面选择非全煤厚的小跨度支架，解决换架带来的影响，采区安全技术措施后，保证了回采工作面的安全生产。
4.4 采煤工艺优化
工作面回采过程中不更换支架，当煤层厚度为小于1.6m时可采用破底方法解决较薄煤层开采；当煤层厚度大于1.6m时柔性掩护支架沿顶板布置，底煤通过震动放炮合理设置放煤口回收底煤，控制支架下放。
柔性掩护支架正常一次采全高时采煤工艺：交接班后，打眼→装药连线→放炮→铺溜槽出煤、下放支架→调整支架、回收溜槽、运料检修。
当煤层厚度大于支架支护宽度时采煤工艺：交接班后，打眼→裝药连线→放炮→铺溜槽出顶煤→底煤分段放煤、下放支架→调整支架、回收溜槽、运料检修。
当煤层厚度小于支架支护宽度时采煤工艺：交接班后，打眼（煤层）→装药连线→放炮→铺溜槽出煤→回收溜槽→打眼（底板）→装药连线→放炮→铺溜槽出矸、下放支架→调整支架、回收溜槽、运料检修。
4.5 安全技术保障
回采工作面回采时主要采取安装掩护支架、正常回采和掩护支架拆除、超前硐室施工、厚煤开采时底煤放煤等安全技术措施。
5 效果检验
祥云大箐海煤矿井下采用“四六工作制”边采边准，经过3个月的联合试运转，保证了单个回采工作面正常日进2m，单个回采工作面日产量稳定在347t左右。根据规程、规范要求，2个回采工作面按年正规循环率70%、年工作日330d计算即可达到15万t/a的设计生产能力要求。联合试运转期间回采工作面各生产系统运行正常稳定，工作面回采效率高。
参考文献
[1]《采矿工程设计手册》.煤炭工业出版社，1996.
[2]《煤矿通风与安全》.煤炭工业出版社，1979，6.
[3]《采矿学》.中国矿业大学出版社，2003.
[4]《煤矿安全规程》.2016.
[5]《煤炭工业矿井设计规范》.《中华人民共和国国家标准》（GB50215-2015）.
收稿日期：2018-7-13
作者简介：葛耀国（1983-），男，工程师，本科，主要从事煤矿设计、技术服务工作。
关键词：急倾斜煤层；采煤方法；柔性掩护支架；为倾斜；采煤工艺
中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）23-0170-02
1 急倾斜煤层采放方法的发展与应用
急倾斜煤层是指倾角在45°以上的煤层，由于受开采技术条件限制，目前国内急倾斜煤层开采机械化程度相对较低，应用不广。根据我国煤炭行业发展趋势、行业政策等，现急倾斜煤层开采主要采用急倾斜特厚煤层水平分段放顶煤采煤法、急倾斜煤层走向长壁采煤法、伪倾斜柔性掩护支架采煤法为主，其它落后的采煤方法逐步退出历史舞台。
2 祥云大箐海煤矿开采技术条件简述
（1）矿区水文地质条件为以裂隙含水层充水为主的中等类型。
（2）矿区工程地质类型为以层状岩类为主的中等类型。
（3）矿井预测为低瓦斯矿井，无突出危险性。
（4）区内可采煤层1层为K10煤层，煤尘无爆炸危险性、煤的自燃倾向性为Ⅲ类，属不易自燃煤层。
（5）井田内K10煤层厚度一般0.45～2.55m，平均煤厚1.37m，煤层倾角一般52～60°。顶板以细砂岩、泥質砂岩、粗砾岩为主，底板以砂质泥岩、细砂岩为主。顶、底板岩石较完整，均呈块～柱状，顶、底板岩石稳固性较好，开采时易支护。
3 柔性掩护支架采煤法的应用
矿井设计生产能力为15万t/a，投产时首采区为+2120m一水平一采区。矿井建设过程中揭露首采区煤层厚度变化较大，煤层厚度一般为1.6～2.8m，倾角一般60°。矿井投产时布置2个回采工作面，分别为11011、11012回采工作面。
3.1 采煤方法选择
目前国内开采急倾斜煤层机械化水平有限，根据矿井开采技术条件、煤层赋存条件及现有开采技术分析，祥云大箐海煤矿适合采用柔性掩护支架采煤法、走向长壁分段密集支柱采煤法开采。现将其优缺点分述如下：
3.1.1 伪倾斜柔性掩护支架采煤法
（1）优点：①将工作面倾角变缓，工作面伪斜长度增大，巷道布置和生产系统简单，工作面连续推进时间长，搬迁次数减少，有利于安排工作面均衡生产，降低掘进率，同时，工作面破煤方便自溜运输；②利用掩护支架把采煤工作面空间与采空区隔开，简化复杂繁重的顶板管理工作，减少了繁重的体力劳动，安全可靠性增强，支护材料消耗降低；③掩护支架安装和拆除工作，在空间上能与工作面的正常采煤工作分开，三者可以平行作业，互不影响，采煤工艺简单，可以实现三班连续破煤，单产高，技术经济效果好。
（2）缺点：①掩护支架结构固定，在下放过程中，对煤层厚度、倾角等产状变化的适应性差；②在含有夹矸的煤层中使用时，无法排除矸石，降低了煤炭的质量；③当工作面出现淋水时，劳动条件较差，煤炭质量困难。
此采煤法煤层及顶、低板较稳定，煤层倾角55°以上，夹矸层较薄，煤层适宜厚度在1.5～6m的急倾斜煤层。
3.1.2 走向长壁分段密集支柱采煤法
（1）优点：①工作面沿俯伪斜直线布置，减少煤矸下滑速度，有利于防止冲倒支架和砸伤人员，改善了工作面安全生条件；②因工作面伪斜直线布置，改善了工作面顶底板受力状况，相对增加了稳定性，出现大面积底推和顶板拉裂的可能性减少；③工作面有效利用率提高，为提高单产，改善工作面近煤壁处的通风状况；④分段走向密集除切顶外，主要起挡矸作用，拦截采空区矸石，在工作空间与采空区跨落区之间形成一个自然充填带，使老顶来压滞后，减缓了老顶来压作用，减少了工作面支柱损耗量及维修工作量；⑤减少了煤炭自溜过程中因窜入采空区造成的煤炭损失，提高了采区回收率，有利于工作面煤层自然发火的防治。
（2）缺点：①工作面的支、回柱工作量较大，且人工操作不便；②分段密集下方三角区通风条件较差，易于瓦斯积聚；③区段煤柱损失较大；④煤层顶板有淋水时，作业环境较差。
此采煤法适用于顶板中等稳定，易片帮、采高不超过2.0m，或不宜使用俯伪斜柔性掩护支架采煤法的不稳定的急倾斜薄至中厚煤层。
通过以上2种采煤方法分析比较，大箐海煤矿投产时采用柔性掩护支架采煤法开采。
4 柔性掩护支架采煤法的优化
4.1 柔性掩护支架选择
目前应用成熟的掩护支架结构形式有以下几种：
平板型掩护支架：为我国使用最早，应用最广泛的一种掩护支架，主要由钢梁及钢丝绳构成，主要使用于开采煤层倾角大于55°，厚度为2～6m，埋藏稳定，煤厚变化不大的急倾斜厚煤层。缺点是对煤层赋存条件适应性差，支架不易下放，煤层厚度不大时，掩护支架下工作空间较小，通风条件不好。
“八”字形掩护支架：适用于煤层厚度在2～6m，煤层倾角大于55°的急倾斜煤层，相对于平板型掩护支架的优点是对煤层赋存条件适应性较强，支架易下放，煤层厚度不大时，掩护支架下工作空间较大，通风条件较好。
单腿支撑式掩护支架：当煤层倾角在45～60°时，为使支架能够顺利下放而不切入底板，该支架下放性良好，下放过程中不仅不啃底，而且能克服较小的底板凸起变化，使用于开采厚度1.3～3.5m，产状赋存稳定的煤层。
“7”字型掩护支架：适用于开采厚度1.3～3.5m以下的急倾斜煤层。煤层倾角在45～60°的薄煤层效果较好。
4.2 柔性掩护支架优化
根据以上各种形式的掩护式支架的适用条件分析比较，并结合本矿井煤层赋存条件，煤矿选用类似“八”字形的4节型柔性掩护式支架。 （1）根据急倾斜煤层顶、底板垮落规律及“三带”分布分析，急倾斜煤层主要应力集中在顶板一侧。工作面选择小跨度类似“八”字形的4节型柔性掩护式支架沿顶板布置，有效减少顶板压力，控制回采推进方形，有效防止支架变形等。
（2）4节型柔性掩护式支架有效增加了工作面空间，沿厚煤向薄煤推进时，有效防止了支架啃底，解决支架下放困难问题。
（3）小断面支架在不稳定煤层中应用，采取安全技术措施后，解决了因煤层厚度变化重新更换支架的问题。
急倾斜煤层开采“三带”分布、移动角、支架布置分别如图1～3所示。
4.3 工作面布置优化
4.3.1 工作面参数
投产时，一水平一采区区段垂高为50m，工作面伪倾角为35°，倾斜长度为77m，工作面切眼与运输顺槽夹角为40°。
4.3.2 工作面布置方式
回采工作面经调斜后与水平面夹角为35°，在工作面上部布置一条回风顺槽，下部布置一条工作面运输顺槽。工作面与运输巷间设5m煤柱带，并每隔5m设置一个溜煤眼。工作面布置形式如图4所示。
4.3.3 工作面布置优化
（1）原超前平巷设置110m，铺设刮板输送机运煤，每隔100m设置一个溜煤眼。现超前平巷设置为超前硐室，长度不超过6m，缩小了断面，每隔5m设置一个溜煤眼与下部运输巷贯通。超前硐室设置简单方便，减少了刮板输送机拆卸、安装及超前平巷施工对工作面生产的影响时间。
（2）超前平巷设置由于巷道过长，需独立配风，且存在掘进工作面、回采工作面串联通风问题。优化后，超前硐室设置长度不超过6m，回采工作面正常回采时可利用自然通风解决。超前硐室不独立配风、施工时间短。
（3）工作面伪倾斜工作面与水平面夹角一般为25～35°。优化后，工作面切眼与水平面设置倾角为35°，煤炭自溜效果较好；同时使得工作面切眼与运输巷在煤层面上的夹角不至于过小，有效减小回采时采空区冒落矸石对支架造成压力过大。
（4）工作面选择非全煤厚的小跨度支架，解决换架带来的影响，采区安全技术措施后，保证了回采工作面的安全生产。
4.4 采煤工艺优化
工作面回采过程中不更换支架，当煤层厚度为小于1.6m时可采用破底方法解决较薄煤层开采；当煤层厚度大于1.6m时柔性掩护支架沿顶板布置，底煤通过震动放炮合理设置放煤口回收底煤，控制支架下放。
柔性掩护支架正常一次采全高时采煤工艺：交接班后，打眼→装药连线→放炮→铺溜槽出煤、下放支架→调整支架、回收溜槽、运料检修。
当煤层厚度大于支架支护宽度时采煤工艺：交接班后，打眼→裝药连线→放炮→铺溜槽出顶煤→底煤分段放煤、下放支架→调整支架、回收溜槽、运料检修。
当煤层厚度小于支架支护宽度时采煤工艺：交接班后，打眼（煤层）→装药连线→放炮→铺溜槽出煤→回收溜槽→打眼（底板）→装药连线→放炮→铺溜槽出矸、下放支架→调整支架、回收溜槽、运料检修。
4.5 安全技术保障
回采工作面回采时主要采取安装掩护支架、正常回采和掩护支架拆除、超前硐室施工、厚煤开采时底煤放煤等安全技术措施。
5 效果检验
祥云大箐海煤矿井下采用“四六工作制”边采边准，经过3个月的联合试运转，保证了单个回采工作面正常日进2m，单个回采工作面日产量稳定在347t左右。根据规程、规范要求，2个回采工作面按年正规循环率70%、年工作日330d计算即可达到15万t/a的设计生产能力要求。联合试运转期间回采工作面各生产系统运行正常稳定，工作面回采效率高。
参考文献
[1]《采矿工程设计手册》.煤炭工业出版社，1996.
[2]《煤矿通风与安全》.煤炭工业出版社，1979，6.
[3]《采矿学》.中国矿业大学出版社，2003.
[4]《煤矿安全规程》.2016.
[5]《煤炭工业矿井设计规范》.《中华人民共和国国家标准》（GB50215-2015）.
收稿日期：2018-7-13
作者简介：葛耀国（1983-），男，工程师，本科，主要从事煤矿设计、技术服务工作。