盐边县金隆煤业有限责任公司金隆煤矿 四川省攀枝花市 617100
摘要：盐边县金隆煤业有限责任公司金隆煤矿位于盐边县红坭矿区三滩井田，核定生产能力9万吨/年，矿井自2007年开始开展了标准化建设设、安全高效矿井建设、瓦斯综合治理体系建设，同时对采煤方法进行了改革，淘汰落后采煤法，采用急倾斜煤层应用成熟的柔性掩护支架采煤法，2010试采成功，实现安全、高效、集中和规模化生产。柔性掩护支架适合急倾斜煤层正规开采，但对地质条件适应性较差，特别是过断层、褶皱困难。本文以3801采煤工作面为例，简要阐述本矿在复杂地质条件急倾斜煤层采煤方面的实践与探索。
关键词：急倾斜；柔性掩护；采煤方法
0 前言
盐边县红坭矿区煤炭资源丰富，可采煤层数量多，可采煤层总厚度和可采储量较大，但煤层绝大部分为急倾斜煤层，多数煤层厚度不稳定，常出现薄化甚至尖灭现象，部分区域内地质构造复杂，断层、褶皱多，煤层倾角大，实现正规开采难度大，对生产造成较大影响。
自1970年代开始建矿以来，红坭矿区内小煤矿大多采用仓储式、巷柱式、倾斜小巷多短壁等采煤方法进行开采，虽然这些采煤方法适应性强，投资少、见效快，但也造成巷道多，万吨掘进率高、产量低，留设煤柱多，支柱回收率低、坑木消耗量大，甚至以掘代采，矿井需风量大，安全隐患多，通风管理难度大，生产量低，生产成本高，企业效益低。自2007年以来，国家煤矿安全生产政策发生根本变化，坚决淘汰落后采煤方法，推行壁式采煤法，各矿积极响应政策对矿井进行了扩建或改造，改革采煤方法，原有的落后采煤方法已经被完全淘汰，目前红坭矿区内所有矿井急倾斜煤层均已实现柔性掩护支架采煤法开采。
1 采煤工作面概况
3801采煤工作面位于矿井1600水平二采区南部，煤层厚度0.5～2.0m,平均厚1.5m，煤层倾角40～90°，平均62°，煤质中硬偏软。采面进、回风巷之间高差34米，由于受B113背斜、S112向斜和F94断层影响，在二采区南部38号煤层走向、倾向和倾角均发生巨大变化，造成采煤工作面正规开采困难。
2 工作面地质情况及储量
2.1工作面地质情况
根据38号煤层运输巷和回风巷揭露，3801采煤工作面北部属于正常地段，没有受地质构造影响，走向191-224°，倾向101-134°，倾角41-45°；南部由北向南依次经过B113背斜、S112向斜后，终止于F94断层，由于受背向斜和断层构造影响，走向、倾向、倾角均发生巨大变化。因此，二采区内38号煤层自北向南依次出现的地质构造有B113背斜、S112向斜和F94断层，主要特征如下。
B113背斜：B113背斜位于二采区南段，区内延伸长度400余米，往南逐渐尖灭。B113背斜附近煤层转弯较急，呈90°转弯，煤层走向最大转折角达到92°。
S112向斜：S112向斜位于二采区南段，区内延伸长度280余米，往南逐渐尖灭。S112向斜处38号煤层转弯较急，呈90°转弯，煤层走向最大转折角93°。
F94断层：位于二采区南部边界（矿区边界）附近，其性质为一正断层，断层总的延伸方向为195°，断层产状为倾向为北东方向，倾角70°左右。F94断层附近100m范围38号煤层瓦斯含量明显高于其它区域，出现过瓦斯超限现象，是矿井瓦斯防范的重点区域。
综上所述，38号煤层在二采区内揭露的主要构造有S112向斜、B113背斜和F94断层，B113背斜、S112向斜位于二采区南部，背斜附近煤层走向90°转弯；B113背斜、S112向斜之间煤层倾角较大，局部顶底板轻微翻转，煤层倾角在60～90°之间，回采时柔性掩护支架无法正常推进，对正常回采影响很大。F94断层分布在二采区南部边界且位于矿井边界，开采时留足保安煤柱，对开采影响不大；但是根据巷道掘进期间揭露情况看，该地段煤层瓦斯含量较其他地段明显增大，在该地段回采过程中应加强瓦斯防治管理，防止出现瓦斯事故。
2.2工作面煤层及储量情况
38号煤层为中灰、特低硫、特低磷、高发热量的优质三号无烟煤，煤炭发热量达到6000大卡/kg以上，属于优质工业用煤。3801采煤工作面北段（B113背斜以北段）煤层正常，没有受地质构造影响，走向长480m左右，煤层走向191-224°，倾向101-134°，倾角41-45°，煤层走向呈平缓的大弧形状，平均煤层厚度1.4米，煤层厚度相对较薄但稳定。B113背斜至S112向斜之间（中段）走向长210m，煤层倾角较大（60～90°之间），局部顶底板轻微翻转，煤层走向为251-309°，倾向161-219°，煤层平均厚度1.6米。S112向斜轴至南部矿界（F94断层附近）段（南段），走向长280m，煤层走向稳定（186-215°），倾向96-125°，倾角42-58°，煤层较厚且稳定，平均煤层厚度为1.8米。
3801采煤工作面煤层储量计算如下表所示：
注：以上计算不包括地质构造无法开采块段储量；3801采面回风巷以上区域在中、南段为薄化地段不可采；北段部分可采单独布置一个采面。
2.3工作面内构造影响无法开采储量情况
3801采煤工作面中段（B113背斜至S112向斜之间）在背、向斜轴附近有二个块段煤层走向、倾向、倾角、厚度变化较大，煤层厚度变薄化不无法开采，二块段合计不能采出储量约850吨。
3 采面采煤方法选择
3801采煤工作面由于地质构造复杂，煤层走向、倾向、倾角变化巨大，适合采用仓储式采煤法，但仓储式采煤法由于安全保障程度低，已被国家列入禁止采用的落后采煤工艺而淘汰。本工作面为了适应国家安全生产政策和改革采煤方法的需要，根据煤层赋存的实际条件，结合矿进多年的实践，决定采用适合开采急倾斜煤层开采成熟有效的俯伪斜柔性掩护支架采煤法开采，在工作面运输巷沿伪斜方向向上掘进开切眼与回风贯通，形成采煤工作面，沿开切眼安装柔性掩护支架后进行回采作业。为了工作面出煤与行人方便，开切眼倾角沿煤层伪斜按35-40°掘进，采面伪斜（开切眼）长度为56米左右。采面下部设置溜煤眼和行人眼，实行人货分行。采面使用9#矿工钢制作的四边形柔性掩护支架维护作业空间，单体液压支柱控架接架。支架间使用6根φ32mm的钢丝绳连接，架间采用垫木板间隔。工作面采用风煤钻打眼，爆破落煤，煤炭自溜运输。
4 采面开采布置
根据该采面煤层赋存条件和地质构造，结合矿井现有巷道布置，计划将该采煤工作面分为南、中、北段进行分段开采，南段起于采面南边界F94断层煤柱附近开切眼，止于S112向斜轴附近变化地段；中段起于S112向斜轴附近2号开切眼，止于B113背斜附近；北段起于B113背斜轴附近3号开切眼，止于38号煤层薄化处。南段、中段直接由自开切眼开始开采，推进至变化带结束；北段由于回风巷位于中间位置，自两头开切眼向中间回风巷方向推进，推进到回风巷附近回采结束。3801采面开采布置情况如下图所示。
5 采面开采实践探索
3801采面自批准开采以来，至2019年4月底累计正常生产天数为96天，工作面沿走向累计推进110米，生产原煤12090吨，平均日产量126t/d，平均采煤工效8.40t/工，工作面采出率达到95.6%，符合《煤炭工业矿井设计规范（GB50215-2015）》的规定。自开采以来，采面没有发生伤亡事故。
6 效益预测
根据3801采面前期开采情况分析，预计该采面开采结束可回采煤量8.36万吨（工作面采出率按95%计算）左右。由于38号煤层为中灰、特低硫、特低磷、高发热量的优质三号无烟煤，目前市场销售价格为700元/吨左右，预计该工作面采出的煤炭可以为企业创造销售收入5845万元，实现利润1600万元，上交税收800万元。该采面中段煤层倾角接近90°，走向也有一定变化，与南段间隔S112向斜，煤层走向、倾向、倾角均发生巨大变化，造成柔性掩护支架无法正常推进通过，用传统的正规壁式采煤法无法布置采面，采用分段布置新掘开切眼，重新布置安装柔性掩护支架采煤工作面，虽然新掘开切眼、安装工作面增加了生产成本，但预计可以多采出1.34万吨煤炭，增加销售收入约900万元，经济效益显著。
7 结论及建议
柔性掩护支架采煤法是开采急倾斜煤层的一种成熟采煤方法，安全保障高，也是国家安全生产政策提倡的长壁式采煤法之一，该采煤方法的主要优点是安全性高、劳动条件较好，巷道布置简单、掘进率低，工序简单、煤炭自溜、可全天连续采煤，技术经济较好，机械设备少、材料消耗少、生产成本低，经济效益较好；缺点是支架结构不完美、不能调节高度，安、撤架效率低，全部工序以体力劳动为主，机械化程度低，劳动强度较大，生产效率低、单产较低、工效不高，对地质条件适应性差，过构造变化带困难，煤质管理难度大、不便于工作面选矸。
柔性掩护支架采煤法的适用条件：煤层倾角大于40°以上，厚度1.2米以上，赋存较稳定，工作面涌水量小。
柔性掩护支架采煤法由于安全性高，掘进率低，机械设备少，生产系统简单，生产成本低，经济效益较好，符合国家安全生产政策的正规成熟采煤方法在急倾斜煤层开采中得到普遍应用。由于柔性掩护支架的自身特点造成了对地质条件适应性差，遇背斜、向斜、断层等地质构造地段无法正常推进通过，只能新掘开切眼重新安装支架布置工作面才能正常开采，虽然给企业增加了一定生产成本，但是也提高了煤炭资源采出率，减少了地质损失。柔性掩护支架采煤法是目前适合急倾斜薄-中厚煤层开采最好、最成熟的采煤方法，急倾斜煤层储量占我国煤炭资源总储量约4%，南方地区80%矿区赋存有急倾斜煤层，大多数急倾斜煤层赋存矿区地质构造复杂，在适合条件的急倾斜煤层开采中大力推广将会产生良好的经济效益和社会效益。
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论文作者:徐东华
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/14
标签：煤层论文; 工作面论文; 向斜论文; 倾角论文; 支架论文; 柔性论文; 掩护论文; 《防护工程》2019年10期论文;