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1、急倾斜煤层机械化采煤工艺探索与应用（采矿工程师、同心煤矿矿长 刘德振）1 引言我国开采急倾斜煤层的产量比重不大，仅占可采储量的3.89%，但分布很广，几个较大的煤炭基地，都有急倾斜煤层，开采急倾斜煤层的矿井甚多。据2000年统计，国有重点煤矿开采急倾斜煤层的矿井数占17%，产量占3.88%。地方煤矿中急倾斜煤层的产量比重还要大些。由于开采急倾斜煤层有一些特殊困难，在采煤机械化和改善生产技术经济指标方面都还存在不少问题。2 急倾斜煤层采煤的主要特点及传统工艺方法2.1 急倾斜煤层采煤的主要特点 （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
2、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均不明显，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。 （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。 （4）采煤工作面的行
3、人、运料、落煤、采空区处理等各项工序的操作都比较困难，增加了采煤机械化的难度。2.2 急倾斜煤层常用的采煤方法针对急倾斜煤层采煤的主要特点，根据工作面的布置形式和推进方向，构成了各种各样的采煤方法，其中“高落式采煤法”、“仓储式采煤法”已列为国家明令禁止和淘汰的采煤工艺。2.2.1 急倾斜煤层走向长壁采煤法（1） 倒台阶采煤法台阶式采煤法是开采急倾斜薄及中厚煤层的一种走向长壁采煤法，其主要特点是采煤工作面呈台阶状布置。根据上、下台阶间的相对位置关系，台阶式采煤法分为倒台阶和斜（正）台阶采煤法两种。倒台阶采煤法的工作面呈倒台阶形（图1），工人在各台阶下分组作业，既可避免上方采落煤块的伤害，又能充
4、分利用工作面全长，进行多点作业。工作面长度较短，一般为40-50m。工作面沿倾斜分为23个台阶，台阶长度一般为1020m。上、下台阶的错距为23m。为了通风和行人方便及临时储存煤炭，最下面的台阶与上一台阶错距应加宽到56m，台阶长度缩短为810m。图1 倒台阶式采煤法1区段运输平巷；2区段回风平巷；3超前辅助平巷4溜煤小眼；5溜煤护身版；6脚手板；7支架背板；8超前支护倒台阶工作面一般采用风镐落煤，木支架。每个台阶上配备一台风镐，由23名采煤工进行落煤和支架工作。为了保证支架的稳定性，应采用平行于工作面的一梁三柱或两柱的对接棚子。棚距一般为0.80.9m。为避免采空区跨落的矸石滚入工作面，必须
5、支设密集支柱隔离采空区。台阶面每向前推进0.80.9m，应立即架设一排支架。底板不坚固有滑脱危险时，支架应设底梁。为了防止煤块砸人或滚入采空区，沿工作面适当地点设溜煤护身板，每个阶檐处要刹好背板以防阶檐煤壁塌落伤人。工人操作地点设置脚手板，以保证安全、便于操作。采空区一般用全部垮落法处理（也可用充填法处理采空区，称为倒台阶矸石充填采煤法）。工作面控顶距一般不超过46排支柱，各台阶错碴放顶。回柱工作多采用回柱绞车进行，回柱绞车设在回风平巷内，通过钢丝绳沿工作面自下而上将支柱拉倒，支柱回收较困难。工作面一般为两班采煤，每班推进0.80.9m，另一班放顶，每日一循环，循环进度为1.61.8m。倒台阶
6、采煤法是我国50年代开采急倾斜薄及中厚煤层常用的一种采煤方法，具有巷道布置、通风系统简单，掘进率低、采出率高、对地质条件变化适应性强等优点。但是，这种采煤方法不利于实现采煤机械化，劳动强度大，劳动生产率低，顶板管理工作量大，木材消耗大。风镐是一种震动力很强的工具，使用它进行落煤工作时，对煤体会产生强烈的震动，会加速煤层瓦斯解吸并触发工作面前方应力突变，从而导致突出。除此之外，高噪音也掩盖了突出的有声征兆，使工作人员不能及时发现突出预兆，迅速撤离现场，极易造成人员伤亡。目前，只有厚度小于2m的急倾斜薄及中厚煤层，低瓦斯矿井中有时还有少量应用。（2） 斜台阶采煤法这种采煤方法是为了克服倒台阶采煤法
7、采场控顶面积大，坑木消耗高和工作面内行人、运料不便等缺点而发展起来的，如图2。图2 斜台阶采煤法1区段回风平巷；2区段运输平巷；3开切眼；4新煤壁；5原煤壁（虚线）6加强支护；7木垛；8原切顶线；9档矸帘；10新切顶线；11斜巷；12假顶；13下撑棍；14人行道；15拉杆；16溜槽主要特点是将伪斜长壁工作面分为若干个短面，布置成伪斜正台阶状。采空区处理方法就整个工作面而言是全部垮落法，而对下面的短面而言则是矸石充填法。从而改善了采场顶、底板的受力状态，增强了顶板的稳定性，顶板压力小，无明显周期来压现象，提高工作面的安全可靠性；工作面在采空区下方呈正台阶布置，无瓦斯积聚点，为采空区抽放瓦斯创造了
8、有力条件；落煤损失少，用假顶隔离采空区，资源采出率高；掘进率低。在相同的地质条件下斜台阶采煤法工作面平均单产、工效均有较大幅度的提高，降低了坑木消耗，降低了成本，因而逐步替代了倒台阶采煤法。（3）俯伪斜走向长壁分段水平密集支柱采煤法这种采煤方法在斜台阶采煤法基础上进一步发展，主要特点是：工作面成直线形按俯伪斜方向布置，沿走向推进；用分段水平密集支柱切顶、档矸、隔离采空区与回采空间；工作面分段破煤，煤炭自溜运输。a. 采煤系统（图3所示）为了满足煤炭自溜又方便人员行走，工作面伪倾斜角度一般为300350 ，工作面斜长可达8090m。为了溜煤、通风、行人和溜煤眼掘进工作的方便，工作面下部的溜煤眼不
9、少于3个，掘成漏斗状，并铺有溜槽。b. 采煤工艺 工作面初采由开切眼与区段回风平巷交接处开始，按工作面伪斜角要求自上而下推进，工作面长度逐渐增大，如图4所示。为便于初采时工作面出煤和人员通行，开切眼沿伪斜方向布置。随着工作面向下推进，开切眼自上而下逐段报废。当工作面下端距回风巷4m时，开始支设分段密集支柱。当第一分段密集长度达到5m而直接顶仍不垮落时，采用强制放顶措施。随着工作面的继续推进，不断增设新的分段密集。当工作面煤壁达到图3所示位置时，初采工作结束。图3 俯伪斜分段水平密集支柱采煤法1密集支柱；2“人”字形溜煤眼；3自制钢溜槽；4带帽点柱；5超前掘进头 工作面正常回采：工作面用爆破落煤
10、，自下而上分段爆破。支护采用单体支柱和铰接顶梁。支护形式采用倒悬臂齐梁齐柱布置，柱距0.8m，排距1.0m，单体支柱架设采取防倒措施。沿煤层倾斜方向每隔45m设置一排密集支柱，每排密集支柱沿走向长4m，上铺竹笆或荆片。密集支柱随工作面推进，前添后回，支柱间隔一般不超过0.3m，放顶前后始终保持1315根带帽点柱。相邻两排密集支柱沿煤层走向保持有1.01.5m错距密集支柱除起切断顶板作用外，主要用于档矸。采空区采用全部垮落法处理。当回风平巷下方采空区出现大面积悬顶时，除采用人工强制放顶外，可将上区段采空区冒落矸石放入本区段采空区。图4 工作面初采 图5工作面收尾1区段运输平巷；2区段回风平巷；
11、1区段运输平巷；2区段回风平巷；3开切眼；4溜煤行人眼； 3收作眼；4联络平巷；5调整中的工作面煤壁 5收尾中的工作面煤壁6调整好的工作面煤壁 6收作眼煤柱密集支柱分段的长度与顶板性质、工作面采高、采空区冒落矸石的安息角、煤层瓦斯涌出量以及相邻两排密集支柱的间距等因素有关。分段密集过长，工作面控顶距增大，顶板压力随之增大，回柱困难，而且在密集下方的“三角区”也易积聚瓦斯。密集长度过短，则不能有效地起到档矸作用。在顶板中等稳定的条件下，分段密集的走向长度以4m为宜，最长不宜超过5m。 工作面收尾：当工作面上端推进到距收作眼4m时，工作面进入收尾阶段，这时工作面长度逐渐缩短，如图5所示。为满足工作
12、面收尾时的通风、运料和行人需要，收作眼应始终保持畅通。为此，在收作眼靠工作面一侧应设保护煤柱，其尺寸为宽4m，倾斜长5m。c. 评价及适用条件这种采煤法的主要优点是：工作面沿俯伪斜直线布置，减少了煤、矸的下滑速度，有力于防止冲到支架和砸伤人员，改善了工作面安全生产条件；同时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，不会出现大面积推底和顶板拉裂现象；在区段垂高相同条件下，工作面有效利用率比斜台阶采煤法提高了30%40%，分段走向密集支柱拦截采空区矸石，在工作空间与顶板冒落区之间形成一个自然充填带，减缓了老顶来压的作用。采用这种方法的结果表明，在相同地质条件下，比斜台阶采
13、煤法单产提高90%110%，回采工效提高49%87%，能够取得较好的技术经济效果。存在的主要问题是：工作面支回柱工作量仍很大，工人操作还不够方便；分段密集下方的“三角区”通风条件较差、易积聚瓦斯；煤层顶板有淋水时，劳动环境较差。俯伪斜走向长壁分段水平密集采煤法适用于倾角400以上，顶板中等稳定，煤壁易片帮，工作面采高不超过2.0m的低瓦斯煤层。（4）普通机械化走向长壁采煤法资兴宇字矿，在煤层平均厚1.8m、倾角平均470的工作面中，使用了普通机械化采煤，取得了较好的技术经济效果。工作面沿倾斜直线形布置，装备单滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机及单体支柱。在大倾角煤层中成功的使用普通机组采煤的关键是妥
14、善的解决好采煤机、输送机和支架的防滑问题。防止采煤机下滑的主要措施有：将采煤机改成锚链牵引并保证额定牵引力；在上平巷安装防滑同步安全绞车，辅助牵引采煤机；采煤机机尾安装防滑杆。工作面输送机的防滑措施是：机头和机尾都焊有防滑固定柱底座，打牢防滑固定柱；在上平巷安装防滑绞车；在移置输送机时必须遵守先移上后移下的顺序，先移并固定工作面上部的机尾，再移中部槽。中部槽分段增加临时柱固定。防止工作面支架下滑的主要措施是：采用带底梁的一梁三柱平行工作面棚子，梁头对接；两排柱间铺防滑脚踏板，以便于人员上下和作业。从目前应用该采煤法的一些矿井条件来看，效果良好。但煤层倾角不宜超过500，煤厚小于2m，顶板中等稳
15、定。（5） 综合机械化走向长壁采煤法北京大台矿实验了全部充填综合机械化走向长壁采煤法。工作面按伪倾斜布置，与上下平巷夹角为700。工作面长50m，采高1.44m。综采配套设备包括双滚筒采煤机、支撑式液压支架、乳化液泵等。采煤机由液压绞车牵引沿导轨运行。首先在工作面下端斜切进刀，随后单向上行割煤，一般是前滚筒割底煤，后滚筒割顶煤，割落得煤自溜至运输平巷由刮板输送机运出。采煤机导轨与液压支架铰接，用千斤顶推移。移架顺序是自下而上逐架移置。工作面采用矸石自溜充填法管理顶板，矸石来自地面或井下掘进工作面。用侧卸式矿车运至工作面上平巷充填到采空区。随工作面向前推进，在上平巷要移设天轮架和天轮，以便进行下
16、一次割煤，天轮架用绞车移架。实验结果表明：急倾斜薄及中厚煤层使用综机采煤能显著降低工人劳动强度，提高劳动生产率；在液压支架下工作，不易发生冒顶事故，安全可靠；能提高工作面产量，降低材料消耗；能提高煤质和工作面采出率，因而是今后的发展方向，但目前在设备研制及应用上仍存在不少问题，有待进一步改进。急倾斜煤层用走向长壁采煤，由于倾角大，给工作面顶板管理、设备运行等带来了一系列困难，所以机械化采煤至今仍处于工业性试验阶段。在落煤机械化方面，我国曾试验过钢丝绳煤锯、刨煤机和滚筒采煤机。为解决支护机械化，近年来开始试验综采液压支架和气垛（气囊）支架。2.2.2 水平分层及斜切分层采煤法水平分层采煤法，就是
17、把急倾斜厚煤层划分为若干个与水平面相平行的分层，每个分层厚度为23m，并在每个分层内布置回采巷道形成采煤工作面，然后依次地进行回采，工作面沿走向推进。按分层间的开采顺序及采空区处理方法，水平分层采煤法又分有下行垮落法和上行（下行）充填法。我国应用的是下行跨落法。20世纪50年代和60年代水平分层采煤法曾是我国开采急倾斜厚及特厚煤层的主要方法，但目前应用很少。斜切分层采煤法的分层方法是分层面与水平面成250300的夹角。以利于分层工作面的运煤工作。这种方法比水平分层采煤法应用更少。（1）采煤系统图6是煤层厚度小于10m的水平分层下行跨落采煤法的巷道布置系统。采区沿倾斜划分为56个区段，区段高度一
18、般为1520m，区段内分层数目为57个分层。分层厚度取决于工作面支架的高度，一般2.23.0m。在第一区段范围内，同时掘进区段运输和回风平巷。为了便于这些巷道的掘进，沿走向每隔2030m，掘一联络眼，贯通这两条平巷。当区段平巷掘到采区边界，并与相邻采区的回风石门连通，形成通风系统后，从采区溜煤眼开始沿走向每隔56m，从区段运输平巷向上开掘溜煤小眼与区段回风平巷连通，溜煤小眼掘出两个以后，即可在区段回风平巷与第一个溜煤小眼交叉的地点开煤门，作为第一分层工作面的开切眼，从此开始第一分层的回采工作。工作面的长度就是煤层沿水平方向上的厚度，工作面沿走向向采区边界推进。这里，第一区段的区段回风平巷作为第
19、一分层的分层平巷，供回采时运料及回风用。为了减少煤柱损失，回采也可直接从采区溜煤眼开始，推向下一个采区。随着第一分层工作面向前推进，应及时掘出前方的溜煤小眼，以保证在分层工作面的控顶距离内，始终保持两个溜煤眼，以便工作面的溜煤和通风。在第一分层回采同时，应及时掘进第二分层的分层平巷及开切眼，待第一分层工作面向前推进2030m后，开始第二分层的回采工作。按上述方法，依次准备以下各分层的工作面。图6 水平分层下行跨落采煤法区段巷道布置1采区运输石门；2采区溜煤眼；3采区行人眼；4采区运料眼；5区段运输平巷6溜煤眼；7分层平巷；8分层工作面；9区段回风平巷；10回风石门一个区段内，可以安排57个分层
20、同时回采。上分层工作面应保持超前于下分层工作面2030m的距离，以免互相干扰，并便于通风。工作面采出的煤，经溜煤小眼，溜到区段运输平巷的运输机上，再经采区溜煤眼，下放到采区运输石门、装车外运。工作面所需坑木、材料，由相邻采区的回风石门或运输石门运入，经运料眼、分层平巷，运到各分层工作面；新鲜风流经采区运输石门、采区行人眼及运料眼、到区段运输平巷，进入各分层工作面。各分层工作面的回风，经各分层平巷汇集到区段回风平巷，由相邻采区的回风石门排出。各分层工作面的通风是串联掺新方式。在各分层工作面中，距分层平巷较远的地方，主要靠扩散通风，有时辅以局部通风机机。由于各分层工作面不断向前推进，区段内溜煤小眼
21、的作用经常变换，有时用作溜煤，有时用作通风行人运料。为保证各分层工作面通风，应在适当地点设置临时通风设施，如挂风障，并随时改变其位置。当煤层厚度大于10m时，为解决分层工作面的通风困难，分层平巷可采用双巷布置，即各分层分别沿煤层顶板和底板掘进分层平巷。使用斜切分层采煤法时，运输巷沿底、回风巷沿顶布置，回风巷高于运输巷，工作面为斜切布置。（2） 采煤工艺落煤一般用爆破法或风镐。由于工作面较短，采落的煤一般用人工装入工作面附近的溜煤小眼内；如果煤层厚度较大，人工装煤距离长，可把分层平巷及溜煤小眼布置在煤层中间。支护可用单体液压支柱。柱距、排距为1m左右。工作面一般采用57排控顶。回采时必须铺设假顶
22、，假顶材料可用金属网、木板、竹笆、荆笆等。金属网比较坚固，铺设一次可多次复用，直到区段内各分层采完。铺设假顶时，先要铺梁。采用单体支架时，可将金属顶梁垂直工作面铺在煤底上，前后梁铰接在一起；也可采用挂顶网的方法，即在工作面落煤后，架设支架之前，立即沿工作面贴着煤顶挂12层金属网，然后在金属网下面架设支架。采空区处理一般采用全部垮落法。（3） 评价及适用条件水平分层下行垮落采煤法能适应煤层厚度和倾角变化，工作比较安全，采出率高；缺点是巷道布置及通风系统复杂，回采工序多，掘进率高，通风、运料困难。在埋藏稳定的急倾斜厚层中，这种采煤方法，已逐渐被伪倾斜柔性掩护支架采煤法所替代，但对于不稳定的急倾斜厚
23、煤层，仍在一些矿井使用。2.2.3 水平分段放顶煤采煤法水平分段放顶煤采煤法类似于水平分层采煤法，其差别是按一定高度划分为分段，在分段底部布置一个水平分层工作面，分段上部为顶煤，用放顶煤采煤工艺进行回采。（1） 采煤系统如图7所示，在区段内划分五个分段，段高为10m。回风和运输平巷分别沿煤层顶、底板布置，在采区边界预定位置掘进开切眼，初采并形成水平分段放顶煤开采工作面。沿走向采煤推进。图7 某矿水平分段放顶煤采煤法巷道布置1 运输大巷；2回风大巷；3运输石门；4回风石门；5开切眼；6运输平巷；7回风平巷；8进风斜巷；9溜煤眼；10回风斜巷通风系统：大巷1运输石门3进风斜巷8运输平巷6工作面回风
24、平巷7回风（材料）斜巷10回风石门4回风大巷2。运输系统：工作面前部和后部输送机运输平巷6溜煤眼9运输石门3大巷1。它的特点是分段高度大，10m的分段高度相当于四个水平分层的高度。由此，巷道掘进工程量小，费用低；减少铺网工作量及其费用。（2） 综采放顶煤采煤工艺特点急倾斜煤层综采放顶煤采煤工艺过程及其参数选择的原则，与缓倾斜煤层放顶煤采煤法基本相同。由于在急倾斜煤层中水平分段放顶煤工作面的长度受煤层厚度限制，一般在60m以下，故要求一种适用于短工作面的短机身采煤机及其与之相配套使用的输送机，液压支架根据采场压力显现特征，可适当减小工作阻力。为此，我国生产有MGD150-NW型采煤机（辽源煤机厂
25、产），为无链牵引采煤机，连滚筒在内，全长只有3m，它的摇臂出轴位于机身中部，能自由回转2700。与短机身配套使用的SGD-730/90W型工作面刮板输送机（西北煤机厂一厂产）的特点是，机头和机尾短而矮；在机头和机尾的侧帮上也有齿轨。从而使采煤机能直接开上机头或机尾上部，滚筒能割透端部进入巷道。这样，采煤机可从巷道入刀，不需要专开切口。工作面工艺过程为：割煤、移架、移输送机和放顶煤。一般割煤进刀深度为0.5m。放煤自底板向顶板方向依次进行，放煤方式与缓倾斜放顶煤时大体相同，可以采用多轮顺序或单轮间隔顺序。顶煤高度较大，顶煤破碎不充分，一般用多轮放煤。为了发挥综采设备效能，一般工作面长度宜大于25
26、m。（3） 滑移支架放顶煤采煤工艺特点滑移支架放顶煤是指工作面装备有滑移顶梁支架进行机采或炮采的一种水平分段放顶煤采煤法，如图8所示。图8 滑移支架放顶煤工作面布置图1十字铰接顶梁；2抬棚；3滑移顶梁支架；4前输送机；5后输送机；6金属网假顶采煤工艺过程为：落煤（放炮或采煤机割煤）开帮；一次进尺0.60.8m，清理后立即挂网，伸探梁，一般网长10m，宽0.9m，网的长边平行煤壁；移前输送机，至煤壁；移前节支架，提腿滑移前梁，再支撑立柱；提后梁的前柱，移后输送机；提后梁的后柱，滑移后梁，再支撑立柱。这样开帮23次后，剪后部顶网形成放煤口，放出顶煤，由后输送机运出。同时放煤的网口一般不超过3个，按
27、多轮和单轮间隔顺序，从运输平巷底板向回风平巷顶板方向，依次将顶煤放完。必须指出，由于滑移顶梁支架反复支撑、卸载，支架始终处于初撑力状态，架间又无定位装置，稳定性较差，应加强支架及顶板管理。（4） 顶煤破碎和放出特点水平分段放顶煤采煤法的顶梁及上覆岩层的变形和破坏与缓倾斜煤层放顶煤长壁采煤法有明显差异。它具有如下特点：a. 开采第一分段时，上方为未采动的顶煤，工作面顶煤上的载荷值为最大，在以下分段开采中，顶煤上的载荷将减小。这是由于在第一分段开采时，老顶没有产生位移，直接顶跨落的矸石将全部作用在顶煤上，而在以后的分段中，老顶下沉将对碎矸起夹持作用，而使载荷减小。b. 上分段跨落碎矸产生的载荷不足
28、以使顶煤裂碎。顶煤的裂碎仍然主要靠顶板压力和采场支架反复支撑的作用，水平分段放顶煤的地压破煤效果较差，有时放煤困难，需辅以人工松动。c. 水平分段放顶煤时，靠近煤层底板的煤不能放出，造成三角煤损失，如图9中阴影线所示。其边界一边为煤层底板，一边为放煤漏斗边界线，上部为分段煤岩边界线。煤层倾角大，此部分损失较少；工作面过短，分段高度过大，损失也越大。放煤顺序由底板向顶板方向进行，也有利于减少三角煤的损失。图9 水平分段放顶煤三角煤h顶煤高度；h1采高；三角煤；L煤层水平厚度d. 由于上分段遗留的煤，有时通过下分段放出一部分，减少了分段放煤的损失，有利于提高采出率。e. 分段高度与煤层厚度、工艺方
29、式等有关。一般煤厚在25m以上，可采用综采，分段高度可为1012m左右；煤厚较小，可采用滑移顶梁支架，分段高度宜适当减小。（5） 评价近十多年来，相继在窑街、靖远、辽源和乌鲁木齐等矿区进行了水平分段放顶煤采煤法的试验、推广应用，取得了较好的技术经济效果；放顶煤采煤法的单产比其它急倾斜煤层采煤法约高13倍，可实现综合机械化，便于集中生产和科学管理；工作面的效率可达1518t/工，比水平分层高45倍，比炮采放顶煤工作面约高一倍，成本低，减少搬家倒面次数、铺网工序和工作量；掘进率低，简化了采区内的巷道布置系统，减少了采区准备工程量、巷道维护工程量。技术经济效果好，是当前值得推广的一种方法。一般认为，
30、工作面长度为915m时，可采用滑移支架炮采放顶煤采煤法；工作面长度在1525m之间时，可采用滑移支架普采放顶煤采煤法；工作面长度大于25m时，可采用综采放顶煤采煤法。2.2.4 斜坡采煤法斜坡采煤法又称伪倾斜巷道采煤法。主要特点是：在急倾斜煤层中应用成组的伪倾斜巷道（即斜坡或回采斜坡）按一定垂高把煤层切割成许多斜形条带，并保留一定厚度的护顶煤，逐次用爆破落煤方法回采，工作面采落的煤经过一系列斜巷直接自溜运输到装车站的煤仓（或溜煤眼），在采区内形成从掘到采连续的无动力运输，用比较简单的采煤工艺方式把煤采出。由于斜坡采煤法对于复杂的地质条件适应性比较强，目前，我国一些复杂煤层的矿区中广泛采用。薄及
31、中厚煤层斜坡采煤法巷道布置如图10所示。图10 薄及中厚煤层斜坡采煤法巷道布置1 顶板运输平巷；2顶板回风平巷；3岩石斜巷；4岩石斜巷；5主斜坡；6反斜坡（副斜坡）区段的垂高5070m。在顶板岩石中掘进区段运输、回风平巷，并在区段运输平巷中，每隔3050m，以270300的坡度开掘岩石斜巷与煤层贯通。当煤层斜巷掘到一定高度时，可以同样的角度和相反的方向继续掘进斜坡（反斜坡），经这样反复多次最后到达回风水平，形成锯齿状的斜坡群，把煤层切割成一个不太规则的菱形块段，在这些菱形块段内布置回采斜坡进行回采工作。在这些斜坡中，有些起主斜坡的作用，负担一个采区的溜煤、通风运料和行人等任务，有些斜坡则随着回
32、采的结束而报废。进行回采工作以前，首先用回采斜坡把煤体切割成相互平行的的若干个条带，条带间留有56m的护顶煤，而后用打眼放炮的方式对回采斜坡逐条由上而下进行回采工作。采煤工作面的布置方式，如图11所示。图11 薄及中厚煤层斜坡采煤法采煤工作面布置1回采斜坡；2风筒；3巷道支柱；4溜槽；5煤层由上而下进行回采，每次回采45m，未进行回采的一段巷道要事先加固，以保证工作人员的安全。另外，在回采的块段与未回采的块段之间，用木支柱横竖交错将巷道支护牢固，并且加上斜撑以形成封塘闸。封塘闸只留0.40.6m左右的空隙，以便于溜煤。当工人向采空区捅煤时，封塘闸也可以起到阻挡和防止大块矸石、大块煤炭冲出伤人的
33、作用。炮眼的深度、间距，根据顶煤的厚度、煤层的硬度确定。一般情况下，炮眼深度为3.5m，间距为0.7m。炮眼不要与采空区打通，应该留出0.50.8m的间距。放炮前，对于回采段的支架应进行认真的检查，部分拆除，应以不引起顶煤冒落威胁工作安全为准。出煤时，使用长柄耙子或长杆钎子，把塘内流不出来的煤捅出或耙出来，捅煤时必须注意做好通路，严禁进入封塘回煤。当出现大块矸石并且煤已出尽时，既可把封塘空隙堵死。斜坡工作面正常生产及收尾期间，工作面的通风主要靠局部通风机来实现。厚煤层条件下，为便于巷道维护，在煤层中各隔100m左右要开掘一组上山眼，上山眼为两翼服务。当一组采区上山眼掘到回风水平以后，可由两侧溜
34、煤上山自上而下依次向采区两翼边界掘进坡度250的小分段斜巷。上、下相邻斜巷间距主要取决于煤的软硬、顶底板岩性和技术操作水平。显然，在一定的条件下，加大斜巷间距可以提高产量和效率，并使掘进率大大降低。但是，其间距过大也会造成丢煤，给操作工作带来很多困难，一般为1215m左右。另外，为了便于通风，上、下小分段斜巷之间每隔10m用联络眼贯通。由于所开采煤层较厚，需沿小分段斜巷每隔5m左右以250斜坡向煤层底板方向开掘斜坡煤门，如图12所示。图12 小分段斜坡煤门内的回采示意图1斜坡煤门；2小分段斜坡；3上山眼；4炮眼如果采区上山是沿煤层底板布置，则在煤层内朝顶板方向掘进斜坡煤门，然后，在斜坡煤门内回
35、采两侧的煤柱和顶煤。采落的煤在斜坡煤门内沿溜槽自溜运输，经小分段斜巷到溜煤上山，在运输平巷内装车。新鲜风流从运输平巷进入行人或运料上山，经小分段斜巷进入每个斜煤门经过工作面，而后窜入采空区回风。由于开采的煤层比较厚，回采工作面应从斜坡煤门的最上端开始，由底板向顶板方向（如上山沿煤层底板布置则相反）沿斜坡煤门下行后退落煤回采。为了有效地对斜坡煤门之间的煤柱和巷顶煤进行爆破落煤，一般需要在回采之前在斜坡煤门之间的煤柱开掘小斜巷，对煤柱二次切割成小块段，并依次在上方的小斜巷内、斜煤门内和分段斜坡巷道内进行打眼放炮工作。落煤时，可用煤电钻打眼，炮眼布置成放射状，如图13所示。炮眼的深度取决于煤层的巷道
36、和硬度。当煤层松软时，眼深为1.82.0m；煤层较硬时，眼深为24m（可采用接长钻杆的方法进行打眼），炮眼间距为0.4m。装药量可根据煤的软硬和炮眼深度确定。每段落煤距离可根据煤的厚度和在巷道内的不同地点确定。如果在小斜巷或煤门内，一般落煤距离为1.52.0m，而且分段斜坡巷道内根据联络眼的间距不同可确定为34m。图13 炮眼布置示意图在放炮落煤以前，应用简易回柱机进行拆棚回柱，并用木柱进行“封塘”，如图14所示。封塘柱之间的空隙断面不超过0.40.6m，用于控制煤流速度，防止大块煤和矸石冲击伤人或堵塞溜煤眼。封塘木柱必须用坚硬耐用的材料，以保证工作的安全性。图14 封塘木布置示意图（1封塘木
37、；2巷道木棚）这种方法的主要优点是产量、回采工效比较高，消耗少、成本低，工序少、工艺方式简单，易于适应地质条件的变化。主要缺点是采出率较低；不能实现全负压通风，存在着采空区和巷道上方空顶处瓦斯积聚的危险，故不能用于高瓦斯矿井；在250的斜坡巷道内由上而下进行回柱作业，工作困难且不安全；崩落顶煤时其上方矸石也随之冒落，使煤矸混杂，严重影响煤质。所以，这种非正规采煤方法一般只适用于无自燃发火倾向和低瓦斯的不稳定急倾斜煤层。3 对几类采煤方法的综合评价 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
38、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。 （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（正倾斜）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，影响工作面的接替，给通风管理工作造成困难。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
39、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。（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。（6）机械化开采难度大。对于机械化采煤而言，上述几种采煤方法，一类从
40、工作面布置形式看，无法实现机械化采煤；一类从设备、支架的选型看，投资大、采煤工作管理难度大，对煤层厚度、煤层倾角要求苛刻，多数煤矿难以推广。然而，“伪倾斜柔性掩护支架采煤法”却为急倾斜煤层机械化开采创造了有利的条件。4 伪倾斜柔性掩护支架采煤法的主要工艺及操作方法伪倾斜柔性掩护支架采煤法，是淮南大通矿对“真倾斜掩护支架采煤法”进行了改革，经过反复试验，独创成功的采煤方法，为我国急倾斜煤层的开采开辟了新的途径。它具有走向长壁采煤法的某些特点，采煤工作面是直线形，按伪倾斜方向布置，沿走向推进，用柔性掩护支架隔离采空区，工人在掩护支架下进行采煤。4.1 采煤系统及工艺特点该采煤法的巷道布置如图15所
41、示。其工作面长度取决于区段高度、煤层倾角大小、沿倾斜变化情况以及采煤技术条件。区段垂高一般为30m左右，当煤层沿倾斜赋存稳定，构造简单，区段高度可加大到4060m（工作面伪斜长度可达100m以上）。在区段范围内，工作面运输平巷和回风平巷掘到边界后，在采区边界5m处掘进开切眼。开切眼一般应开两条，相距58m，并沿倾斜每隔1015m用联络平巷贯通。开切眼贯通回风平巷后，在回风平巷中安装掩护支架。利用这两条开切眼逐步把水平铺设的掩护支架下放到与水平面成250300夹角的伪倾斜位置，即形成了伪倾斜采煤工作面，如图16所示。然后在掩护支架下进行正常回采工作，工作面采落的煤炭，自溜运煤，先挖沟后扩帮，自重
42、下放支架。图15 伪倾斜柔性掩护支架采煤法巷道布置1 采区回风石门；2采区运输石门；3运料眼；4溜煤眼；5行人眼；6区段回风巷；7区段运输巷；8开切眼；9收作眼；10架尾移动轨迹线；11架头移动轨迹线；12工作面；13溜煤小眼；14永久封闭墙；15小眼临时封闭正常回采过程中，不断在回风平巷中接长支架，同时在工作面下端掩护支架放平地点拆除一段支架。为保证工作面运煤和通风，随着工作面的推进，在工作面运输平巷内沿走向每隔56m掘进溜煤小眼。工作面采下的煤，沿工作面铺设的搪瓷溜槽，经溜煤小眼到区段运输平巷的运输机。为了使溜煤、通风和行人互不干扰，同时维持的溜煤小眼应不少于3个。回采时，新鲜风流自采区运
43、输石门进入，经行人眼到区段运输平巷，再经溜煤小眼到工作面；回风从工作面经回风平巷到采区回风石门排出。支架材料可由运输石门运进，经采区运料眼提到区段回风平巷，再用运料小车运到支架安装地点。图16 掩护支架的调斜1回风平巷；2运输平巷；3开切眼；4掩护支架；5架尾移动轨迹线；6支架放平位置；7溜煤小眼当工作面推进到采区上山眼附近时，在该处开掘一对收作眼，逐步将掩护支架下放成水平位置，然后全部回收，如图17所示。图17 回采收尾1 区段回风平巷；2区段运输平巷；3收尾上山眼；4掩护支架；5溜煤眼；6支架放平位置；7架头移动轨迹线4.2 掩护支架的结构平板型掩护支架是使用最早和最广的一种，主要由钢梁及
44、钢丝绳构成。钢梁可用矿用工字钢、U型钢或旧钢轨。钢梁的长度比煤层厚度小0.20.4m，以利于支架下放。为了便于运输，每根钢梁的长度不宜超过3.03.2m。当煤层厚度大于3m时，可将两根钢梁搭接，构成一个大于3m的钢梁，以组成掩护支架；煤层再厚时，也可将两根钢梁对接加肩梁加固的方法，构成组合梁再组成支架。钢丝绳可用直径为2535mm的旧钢丝绳。为了便于安装和拆卸，可将钢丝绳加工成2030m一段，两端做好封头，以防松捻。掩护支架上钢丝绳的根数，根据支架宽度而定，架宽在3m以下时用23根，架宽在3m以上时用45根。掩护支架的结构如图18所示。图18 柔性掩护支架结构1钢梁；2钢丝绳；3竹笆；4压木；
45、5撑木钢梁垂直于煤层顶底板放在钢丝绳上，沿走向每米布置45根。钢梁之间夹以方木或荆条捆，使钢梁保持200300mm的间距，然后用螺栓和夹板将钢梁和钢丝绳连接成一整体。夹板用6012mm的扁铁制作。螺杆底部用直径为1216mm的圆钢做成，螺栓的长度根据钢丝绳直径大小，使能将钢丝绳夹紧、螺杆外露于螺帽不超过35mm为准。钢梁上面交错铺设23层竹笆（或金属网与荆笆）并用铁丝与钢梁连紧，以隔离采空区的矸石。竹笆的宽度应比钢梁的长度稍短，以避免支架下放时，竹笆挂住顶底板矸石被拉开而发生漏矸现象；当钢梁间夹放两段对接其长度略短于钢梁的圆木时(圆木可以重复使用)，可以不铺竹笆。当煤层厚度较大（如68m），可
46、采用两根或多根钢梁对接或搭接，构成多根钢梁组合平板型掩护支架。5 伪倾斜柔性掩护支架配合矿用挖掘机实现机械化采煤的探索和应用伪倾斜柔性掩护支架采煤法的落煤工艺存在严重的缺陷： 风镐落煤噪音大、工人劳动强度大、产量低，突出煤层严禁使用风镐作业（“煤矿安全规程第一百八十三条”规定）； 爆破落煤从打眼、装药、撤人、远距离爆破到出煤，工序繁杂，工作面煤尘大，工作环境差，容易发生煤尘、瓦斯事故； 非机械化单点出煤回采工效低。贵州省六盘水市水城县董地乡同心煤矿多年来根据矿井煤层赋存的特点，不断改进其采煤工艺，对不同的采煤方法所取得的经济效果及其安全因素，积累了许多宝贵的经验。征得有关部门的同意，该矿尝试使
47、用矿用挖掘机破煤，这种采煤方法提高了该矿井经济效益，同时避免了放炮带来的危险因素，也给回采工作面的工作环境创造了良好的空间，减少粉尘对采煤工人的危害程度，大大减少工人的劳动强度，取得了较好的技术经济效果。5.1 采煤工艺特点5.1.1 开采煤层特征主采K9煤层，K9煤层平均厚度2.86m，构造较简单，顶板细砂岩、粉砂岩，底板泥岩，属较稳定煤层。煤层硬度f=2。5.1.2 采煤设备研制矿用挖掘机落煤。矿用挖掘机配用50kw螺旋水道内冷式防爆电机，驱动变量柱塞泵+高压齿轮泵作为作业动力。驱动低速大扭矩柱塞液压（行走）马达和一级齿轮传动减速器作为行走动力，履带行走式，链板宽度300mm，行走速度3m/6m/min，四马达驱动，履带板中部安装L=60mm稳钉一排，爬坡能力70%（350）。具有停车自动刹车以及后支撑功能，以防止机组下溜。几何尺寸符合工作面环境要求，其行走部、主机部、电缆车宽度1.2m；收煤铲宽度1.25m，后部左右侧尾板弧形与履带板紧临，防止两帮煤炭坍塌影响行走；整机高度1.3m，长度5.65m，可容于1.3m宽度、1m深度的地沟内作业而不影响通风
