仰俯開(kāi)采現(xiàn)狀

1、1概述仰俯斜開(kāi)采是指煤層開(kāi)采工作面沿傾向布置、沿走向推進(jìn)的長(zhǎng)壁采煤法時(shí),受褶曲等地質(zhì)構(gòu)造影響,先后經(jīng)歷俯斜(仰斜)、仰斜(俯斜)兩個(gè)回采階段的工作面。在工作面傾向角度較大的同時(shí)還要連續(xù)經(jīng)過(guò)俯斜、仰斜兩個(gè)回采階段,這對(duì)工作面圍巖控制、設(shè)備穩(wěn)定性控制、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理等諸多方面均提出了很大的挑戰(zhàn)。由于它較走向長(zhǎng)壁采煤法具有許多優(yōu)越性以及較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用仰俯斜開(kāi)采日益增多。仰俯斜開(kāi)采是傾斜長(zhǎng)壁采煤法的一種，它具有緩斜煤層傾斜長(zhǎng)壁采煤法的一般規(guī)律，但由于推進(jìn)方向與走向長(zhǎng)壁不同，其礦山壓力顯現(xiàn)與圍巖控制技術(shù)肯定也有很大變化，實(shí)際回采施工中又有許多現(xiàn)象不同于緩斜煤層傾斜長(zhǎng)壁采煤法，需要采取不同的

2、技術(shù)方案和安全管理措施。1.1仰俯斜開(kāi)采國(guó)內(nèi)外應(yīng)用概況國(guó)外在仰俯斜開(kāi)采應(yīng)用較少，但單一的仰斜開(kāi)采和俯斜開(kāi)采都得到了廣泛的應(yīng)用，有很多研究成果。七十年代中期以前，應(yīng)用傾斜長(zhǎng)壁采煤法主要有原蘇聯(lián)的頓巴斯、庫(kù)茲巴斯和卡拉甘達(dá)等煤田，其產(chǎn)量占總產(chǎn)量的14%1。在西歐和其它國(guó)家，傾斜長(zhǎng)壁采煤法應(yīng)用也逐步廣泛。七十年代以后，歐洲各主要產(chǎn)煤國(guó)對(duì)傾斜長(zhǎng)壁采煤法的應(yīng)用更加重視。在建設(shè)的大型現(xiàn)代化示范礦井中，如英國(guó)年產(chǎn)1000萬(wàn)t的賽爾比礦、法國(guó)洛林煤田年產(chǎn)300萬(wàn)t的烏沃礦、原蘇聯(lián)年產(chǎn)420萬(wàn)t的多爾然礦等，以及日本的SD綜采工作面均采用了這種采煤法。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，采用仰斜開(kāi)采的工作面均達(dá)到了較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

3、傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采是本世紀(jì)50年代始于蘇聯(lián)，而后逐步發(fā)展起來(lái)的一種新的開(kāi)采方法。它對(duì)礦井開(kāi)拓和巷道布置是一種改革。實(shí)踐證明，在條件適合的情況下，其工程量減少和生產(chǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可收到優(yōu)于走向長(zhǎng)壁開(kāi)采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。盡管它的發(fā)展歷史不長(zhǎng)，但已為人們所重視。從50年代起，蘇聯(lián)，日本、德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、印度、波蘭及捷克和斯洛伐克等世界主要產(chǎn)煤國(guó)家相繼試驗(yàn)研究和推廣了這一新的開(kāi)采技術(shù)。蘇聯(lián)1954年開(kāi)始采用傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采法，首先在頓巴斯的馬凱耶夫煤炭公司的擒山谷礦進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。1967年在卡拉干達(dá)煤田的列寧礦、斯捷普娜婭礦和高爾巴切夫礦的緩傾斜厚煤層中采用了俯斜式開(kāi)采，這些工作面的技

4、術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都大大超過(guò)了走向長(zhǎng)壁采煤工作面。例如，列寧煤礦使用綜合機(jī)械化開(kāi)采的俯斜式采煤工作面的日產(chǎn)量為1193t，而走向長(zhǎng)壁式工作面僅為795t，勞動(dòng)生產(chǎn)率由15t/工提高到19.4t/工。1975年初蘇聯(lián)共有傾斜長(zhǎng)壁工作面約320個(gè)，其產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的14%，1983年使用傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的12.6%，1984年其產(chǎn)量占總產(chǎn)量的19%。1985年，頓巴斯礦區(qū)使用盤(pán)區(qū)式和傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采產(chǎn)量占總產(chǎn)量的85%。近年來(lái)，隨著采煤技術(shù)的不斷進(jìn)步，傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采的范圍日益擴(kuò)大，開(kāi)采深度達(dá)1000多米，各種瓦斯等級(jí)的礦井都可采用傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采法。在波蘭的礦井中，傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采法也獲得了成功的應(yīng)用，如上西

5、里西亞礦區(qū)的列寧煤礦，鮑布列克和伽列巴礦等仰斜工作面所取得的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都是很高的。在列寧煤礦的49號(hào)工作面，平均日產(chǎn)曾達(dá)18002340t，工作面日進(jìn)度為8.81-9.07m。南斯拉夫的“威列耶”礦區(qū)用俯斜長(zhǎng)壁放頂煤采煤法開(kāi)采了傾角為015°、層厚為140m的特厚褐煤層。西歐的一些國(guó)家，傾斜長(zhǎng)壁采煤法的應(yīng)用日益廣泛。七十年代初，西德的400個(gè)工作面中有50多個(gè)工作面應(yīng)用傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采法，其中大部分集中在薩爾的列津礦、路易捷恩塔礦和瓦爾恩德特等礦。法國(guó)用傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采法的產(chǎn)量占總產(chǎn)量的20%，主要在洛林礦區(qū)。例如新建的年產(chǎn)量為360萬(wàn)t的嗚沃礦全部采用傾斜長(zhǎng)擎開(kāi)采法。英國(guó)新建的賽爾比礦年

6、產(chǎn)量1000萬(wàn)t，也全部采用這種開(kāi)采方法。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)在開(kāi)采傾斜和緩傾斜煤層時(shí)，普遍采用走向長(zhǎng)壁采煤法。隨著機(jī)械化程度的提供為緩解礦井接替緊張，增加開(kāi)采強(qiáng)度的需要，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度不斷增加，因此工作面難免受到斷層、褶皺的影響，使一個(gè)工作面不同地段出現(xiàn)仰斜和俯斜段。我國(guó)從七十年代初開(kāi)始試驗(yàn)研究?jī)A斜長(zhǎng)壁開(kāi)采法。近年來(lái)，主要試驗(yàn)研究了單一薄及中厚煤層，厚煤層和煤層群條件下的傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采，積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)，使這一新技術(shù)逐步發(fā)展到目前比較成熟的階段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，傾斜長(zhǎng)壁式工作面產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的11.96%，有10多個(gè)省市(自治區(qū))的20多個(gè)礦區(qū)、100多個(gè)礦井采用傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采法。有的礦井如大同礦務(wù)局的

7、永定莊礦和松藻礦務(wù)局打通一礦，改革了原來(lái)的巷道布置，變?yōu)槿V井的傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采系統(tǒng)。近年來(lái)隨著工作面推進(jìn)長(zhǎng)度的不斷增加，受褶皺的地質(zhì)因素影響越來(lái)越大使使同一個(gè)工作面頻繁出現(xiàn)仰俯斜開(kāi)采的情況。大雁煤業(yè)公司第二煤礦，工作面走向長(zhǎng)660m,傾斜長(zhǎng)180m。沿煤層走向有一向斜構(gòu)造,俯斜長(zhǎng)度230m,最大傾角14°,平均傾角10°仰斜長(zhǎng)度430m,最大傾角15°,平均傾角10°。由于采取合理的巷道布置方式，機(jī)械設(shè)備選型合理且回采工程中應(yīng)對(duì)措施較好，工作面取得了良好的開(kāi)采效益。新集二礦E1108工作面走向平均長(zhǎng)度940m,傾向長(zhǎng)度110127m,開(kāi)采11-2煤層, 煤

8、層為三層煤兩層夾矸結(jié)構(gòu),平均厚度2.83m。工作面傾角1045°,平均32°,煤層褶曲發(fā)育,在走向上緩波狀起伏, 沿煤層走向呈鍋底狀。工作面里段為偽俯采、外段為偽仰采。工作面俯采段俯角1042°,平均27°,俯采段工作面傾角1331°,平均25°。由于回采措施得當(dāng)，工作面取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。1.2 仰俯斜開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀1)回采工作面仰斜開(kāi)采時(shí)對(duì)于仰斜開(kāi)采的工作面，由于煤層傾角的影響，在頂板巖層中將產(chǎn)生向采空區(qū)方向的層面分力，在此分力的作用下，頂板懸板巖梁將向采空區(qū)方向移動(dòng)。此時(shí)，巖塊間幾乎完全失去聯(lián)系，使頂板的下部巖層受拉力作用，易于

9、出現(xiàn)裂隙和加劇破碎，井有把支架推向采空區(qū)的趨勢(shì)。觀測(cè)資料表明，當(dāng)工作面的仰角大于6°8°時(shí)，每個(gè)循環(huán)中的支支柱向采空區(qū)傾斜5°8°，有時(shí)甚至更大。同理，煤壁的水平位移值也增大，靠近頂板的上部煤體易于滑落片幫和壓出現(xiàn)象嚴(yán)重。據(jù)徐州礦務(wù)局權(quán)臺(tái)礦統(tǒng)計(jì)，當(dāng)仰角大于12°時(shí)，由于煤層強(qiáng)度低，支承壓力大，煤壁片幫深達(dá)2m以上，頂板在煤壁內(nèi)明顯下沉，產(chǎn)生各種采動(dòng)裂隙。如遇到斷層等構(gòu)造就產(chǎn)生局部冒頂，有時(shí)高達(dá)3m以上，工作面的推進(jìn)速度大幅度降低。因此頂板初始下沉和自梁端至煤壁內(nèi)的無(wú)支護(hù)距離增大，頂板下部的穩(wěn)定性及維護(hù)條件變壞。仰斜回采工作面采煤機(jī)的穩(wěn)定性受傾角

10、的影響也比較大。當(dāng)煤層傾角2°4°時(shí)，出于采煤機(jī)的自重，其穩(wěn)定性比走向長(zhǎng)壁工作面好，當(dāng)傾角大于17°對(duì)，可保持縱向穩(wěn)定。向輸送機(jī)裝煤，較走向長(zhǎng)壁開(kāi)采有利，但是，易將碎煤拋到輸送機(jī)的采空區(qū)一側(cè)，故仰斜長(zhǎng)壁開(kāi)采的傾角以小于15°為宜。2)回來(lái)工作面俯斜開(kāi)采時(shí)由于煤層傾角的影響，頂板巖塊的水平分力指向煤壁，使控頂區(qū)的頂板和煤壁處于擠壓狀態(tài)頂板板的裂隙密合，有利于保持頂板的連續(xù)性和穩(wěn)定性，但是在維護(hù)中須注意防止無(wú)支護(hù)空間的漏矸或冒落。由于回來(lái)工作面俯斜開(kāi)采，支架重力受水平分力的作用，使移架力和招溜力都比較小?；幢钡V務(wù)周朱莊礦的測(cè)定，完全證實(shí)了上述結(jié)論是正確的。另

11、外，由于采煤機(jī)重心始終傾向于煤壁，則使煤壁不易片幫，采煤機(jī)也不會(huì)出現(xiàn)傾倒或翻轉(zhuǎn)現(xiàn)免隨著傾角的增大，采煤機(jī)裝煤效果急劇降低，因此，俯斜長(zhǎng)壁開(kāi)采的傾角以小于17°為宜。綜上所述，在仰俯斜開(kāi)采工作面中，頂板的法線方向移近量和對(duì)支架的作用力均比較走向長(zhǎng)壁工作面要小。但是，回采工作面在仰斜推進(jìn)時(shí)，頂扳的水平位移量較大，并且煤壁片幫嚴(yán)重，因此。使頂板的初始下沉量和無(wú)支護(hù)距離增大，不利于頂板的維護(hù)。當(dāng)回采工作面俯斜推進(jìn)時(shí)，由于在傾雙方向上出現(xiàn)的頂板分力使項(xiàng)板壓力圖顯降低，則有利于工作面的頂板管理。實(shí)踐證明，俯斜開(kāi)采優(yōu)于仰斜開(kāi)采多年來(lái)仰俯斜開(kāi)采取得了以下幾方面的技術(shù)進(jìn)步：(1)、生產(chǎn)工藝研究及其可靠

12、性分析目前在走向長(zhǎng)壁工作面中實(shí)行的生產(chǎn)工藝基本上在仰俯斜開(kāi)采都有應(yīng)用。隨著近年綜合機(jī)械化程度的提高，炮采工藝逐步減少，高檔普采、綜采、放頂煤開(kāi)采等先進(jìn)回采工藝得到較大發(fā)展。尤其是不同煤層傾角下，通過(guò)對(duì)走向長(zhǎng)壁與傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采工藝可靠性分析，研究得出不同煤層傾角范圍應(yīng)采取的不同采煤工藝。(3)、大傾角仰俯斜開(kāi)采研究大傾角仰俯斜開(kāi)采研究的主要內(nèi)容有生產(chǎn)工藝研究、影響因素、頂板控制設(shè)計(jì)。其中，對(duì)大傾角仰俯采條件下礦山壓力顯現(xiàn)及控制的特點(diǎn)的研究，因其是合理選擇采煤方法和采取有效控制方法的科學(xué)論據(jù)，并能對(duì)選擇及改進(jìn)設(shè)備提供可靠依據(jù)，故而顯得極為重要。(4)、傾俯斜開(kāi)采的沿空成巷試驗(yàn)研究無(wú)煤柱開(kāi)采是煤礦開(kāi)采

13、的一種先進(jìn)的開(kāi)采方法，其突出的優(yōu)點(diǎn)是能適應(yīng)礦山壓力的分布規(guī)律，有利于改善巷道的維護(hù)和穩(wěn)定，有利于合理開(kāi)發(fā)煤炭資源，提高煤炭回收率，有利于安全生產(chǎn)。(5)、運(yùn)輸和通風(fēng)方式的研究運(yùn)輸和通風(fēng)是礦井生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，能否順利地進(jìn)行對(duì)全礦生產(chǎn)有直接影響。正確地選擇的確定運(yùn)輸和通風(fēng)方式及其設(shè)備，對(duì)于保證礦井的安全生產(chǎn)，創(chuàng)造良好的系統(tǒng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本，具有十分重要的意義。以上五個(gè)方面的研究，對(duì)提高仰俯斜開(kāi)采工作面的高產(chǎn)高效都有一定的作用。然而，僅僅從以上任一方面研究是不夠全面的。影響仰俯斜工作面高產(chǎn)高效的因素有許多，這些因素相互影響、相互制約。但我們?cè)趯?shí)際工作中，可以針對(duì)

14、回采工作面的特性，有目的地對(duì)影響安全、高產(chǎn)、高效生產(chǎn)的主要因素重點(diǎn)進(jìn)行研究?？梢?jiàn)，仰俯斜開(kāi)采無(wú)論在生產(chǎn)實(shí)踐和理論研究上均取得了發(fā)展，其優(yōu)越性日益顯著。1.3 日前存在的主要技術(shù)問(wèn)題為了繼續(xù)提高仰俯斜開(kāi)采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，除對(duì)上述巷道布置參數(shù)、工藝、礦山區(qū)力等技術(shù)問(wèn)題繼續(xù)深入地研究外，還有幾個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題急待解決：1) 目前，回采工作面采用的采煤機(jī)、輸送機(jī)和液壓支架不完全適應(yīng)仰俯斜工作面的要求。有關(guān)部門(mén)應(yīng)重視研制適用于仰俯斜工作面的采煤機(jī)、輸送機(jī)和液壓支架，以不斷提高仰俯斜開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)效益，擴(kuò)大仰俯斜開(kāi)采法的適用范圍，2) 仰俯斜開(kāi)采中的斜巷掘進(jìn)和運(yùn)輸設(shè)備是當(dāng)前影響仰俯斜開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的重要因素。有關(guān)

15、部門(mén)應(yīng)重視研制斜巷掘進(jìn)和輔助運(yùn)輸設(shè)備，以充分發(fā)揮仰俯斜開(kāi)采的優(yōu)越性3) 仰俯斜厚煤層開(kāi)采的防火問(wèn)題。當(dāng)采用沿空留巷和沿空掘巷以后，在回來(lái)工作面生產(chǎn)期間，巷道中的風(fēng)流易向來(lái)空區(qū)滲漏，使采空區(qū)的浮煤產(chǎn)生自燃，影響礦井安全生產(chǎn)。仰俯斜開(kāi)采厚煤層時(shí)的防火問(wèn)題應(yīng)盡快研究解決4) 在仰俯斜開(kāi)采過(guò)程中，所開(kāi)采煤層的頂板有含水層或工作面灑水量較大時(shí)，水患危害程度較大，使工作面勞動(dòng)條件差，運(yùn)輸困難，降低了煤質(zhì)，影響生產(chǎn)與安全。1.4 發(fā)展趨勢(shì)1）深入研究不同傾角時(shí)，仰俯斜開(kāi)采的礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律是發(fā)展仰俯斜開(kāi)采的前提條件。隨著煤層傾角的變化，仰斜和俯斜長(zhǎng)壁開(kāi)采的礦山壓力顯現(xiàn)特點(diǎn)不同，認(rèn)而使煤壁片幫、支架與煤壁問(wèn)發(fā)

16、生冒頂，并且由于頂板的水平分力使設(shè)備下滑、傾倒等。為了合理解決仰俯斜開(kāi)采中存在的上述問(wèn)題，必須全面深入地研究礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律(包括無(wú)煤柱開(kāi)采中巷道礦壓的顯現(xiàn)特點(diǎn))，從而選擇合理的支護(hù)形式和支架結(jié)構(gòu)。同時(shí)，也應(yīng)研究深部水平仰俯斜開(kāi)采工作面和巷道的礦山壓力問(wèn)題。買踐證明，在深部水平支承壓力高度集中會(huì)引起圍巖的劇烈移動(dòng)，利用煤柱保護(hù)巷道的方法是無(wú)效的，必須研究和采用使圍巖卸壓的保護(hù)方法。2)積極采用有效技術(shù)措施，這是擴(kuò)大仰俯斜開(kāi)采應(yīng)用范圍的關(guān)鍵生產(chǎn)實(shí)踐表明，針對(duì)具體的地質(zhì)條件和技術(shù)條件以及管理水平，采取相應(yīng)的措施，一般是能夠發(fā)揮仰俯斜開(kāi)采優(yōu)越性的。在仰俯斜開(kāi)采中防滅火是主要問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)礦井的具體條件

17、進(jìn)行綜合研究。特別是在開(kāi)采厚煤層時(shí)。煤層自燃、瓦斯涌出等問(wèn)題更為突出，因此，應(yīng)采用仰俯斜開(kāi)采后退式開(kāi)采方式，適當(dāng)?shù)丶涌旎夭赏七M(jìn)速度，采用均壓通風(fēng)，及時(shí)密閉采空區(qū)中的巷道，搞好巷旁文護(hù)和壁后充填，噴灑和向媒體中壓注阻化劉，并且用束管監(jiān)則，判斷火情，以便及時(shí)采取措施。為了減少工作面搬家次數(shù)，縮短搬家時(shí)間，增加跡續(xù)推進(jìn)的長(zhǎng)度，充分發(fā)揮綜采設(shè)備的效能和經(jīng)濟(jì)效益，有條件的回采工作面可考慮采用旋轉(zhuǎn)式或往復(fù)式開(kāi)采工藝等。3)改革巷道布置方式，確定合理的技術(shù)參數(shù)，這是實(shí)現(xiàn)仰俯斜開(kāi)采優(yōu)越性的重要環(huán)節(jié)根據(jù)我國(guó)目前開(kāi)采技術(shù)條件和管理水平，在薄及中厚煤層中采用的傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采巷道布置方式是比較成功的。取得了比較好的技術(shù)

18、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。今后應(yīng)該進(jìn)一步研究3.510m的厚煤層傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采巷道布置方式和采煤工藝。目前，厚煤層開(kāi)采分為整層開(kāi)采、分層開(kāi)采和放頂煤開(kāi)采法三類。對(duì)于開(kāi)采條件好的礦井，當(dāng)煤層厚度為3.54.5印時(shí)，可采用一次采全厚的傾斜長(zhǎng)塹開(kāi)采方式。如果用分層開(kāi)采，一般情況下對(duì)于普采工作面各分層可采用分層同勸對(duì)于綜合機(jī)械化開(kāi)采的工作面，可根據(jù)目前的具體條件實(shí)行分層分采。但是，隨著生產(chǎn)技術(shù)和管理水平的不斷提高，礦山匠力規(guī)律的進(jìn)一步掌握，采區(qū)(或分區(qū))尺寸的適當(dāng)擴(kuò)大，也可采用分層同采。對(duì)于610m的厚煤層可視具體情況選用傾斜長(zhǎng)筏放頂煤開(kāi)采方式。在條件適合的煤層，應(yīng)采用傾斜長(zhǎng)壁無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)和巷旁支護(hù)技術(shù)，以提高回采率和降低掘進(jìn)宰。根據(jù)具體條件確定合理的技術(shù)參數(shù)，這是提高傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)果技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要途徑之一。因此，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行調(diào)查研究和優(yōu)化。4)研制有效的采煤設(shè)備