长壁采煤法在较复杂地质条件下的运用及效果

图1　朝阳煤矿-50以下等高线分布图

　　朝阳煤矿自投产以来一直采用走向长壁采煤法。实践表明这种采煤方法在煤层倾角、倾向变化不大、构造比较简单的倾斜和缓倾斜乃至近似水
平煤层中使用，确实具有生产安全、管理方便、巷道布置简单、回采工效和资源回收率高的优点。但在煤层倾角、倾向多变，呈波状起伏，小断裂构造较发育的近似水平煤层中使用却存在较多的不适应。让我们按照认识论从个别到一般的观点用下述例子来具体分析它存在的问题。
　　例1：朝阳井一采区11515工作面，由于煤层倾角、倾向变化使等高线呈散开型，煤斗处煤层倾角15°36′，工作面斜长90m。而到了切眼位置煤层倾角变为7°46′，工作面斜长达208m。在朝阳煤矿的技术和装备条件下无法正常开采，只好调整采掘部署，增加中间机巷，推迟三个月投产，影响了正常接替和生产任务的完成(见图2)。

图2　11515工作面巷道布置图

　　例2：朝阳井1358工作面，由于煤层倾角和倾向的变化，等高线呈凹地型。一煤斗斗口位置机巷标高-36.85m，风巷标高-35.7m，垂高1.15m，倾角0°49′，工作面长约90m。机巷施工中由于等高线迅速向风巷靠近。若按走向长壁法机巷沿煤层等高线施工，工作面会很快收敛，使机巷和风巷相交。这样不仅凹地部分大量资源不能及时采出，而且会造成采掘失调。因此，我们不得不将机巷改为沿倾斜顺煤施工，终于及时切出工作面，保证了正常接替。回采时前段用俯斜开采，中段沿仰斜推进，后段仍然沿走向回采。这样就形成了一种既不同于走向长壁又不同于倾斜长壁的新的开采方法。这就是朝阳煤矿联合运用两种长壁采煤法的开始(见图3)。

图3　1358工作面布置图

　　例3：朝阳井1551工作面煤斗口位置，机巷标高-60.57m，风巷标高-53.9m，垂高6.67m，倾角5°40′，工作面长75m。在工作面准备过程中发现煤层构造形态特别复杂。风巷施工到A部，标高为-50m遇鞍部地形。如向①方向施工，工作面中间包含一个向斜和一个背斜，根本无法布置工作面。如向③方向施工，风巷会很快收敛到机巷位置，使工作面储量大大减少。我们实际上向②方向施工，相应地把机巷沿倾斜施工，翻过背斜布置出工作面。这样工作面前段采用仰斜开采，中段用俯斜开采，后段仍然沿走向开采。而机巷前段沿煤层走向掘进，后段沿煤层倾斜掘进。就这样我们联合运用了走向长壁和倾斜长壁两种巷道布置方法，顺利地解决了这个极为复杂的问题(见图4)。

图4　1551工作面布置图

　　例4：朝阳煤矿自1984年以来逐步推广过倾斜长壁采煤法，先后在312，512，314，514四个工作面进行试采。经验表明在工作面推进长度不大，工作面内断层较少时，倾斜长壁采煤法是可行的。但是我们在布置1553倾斜长壁工作而时，机巷长度450m，由于煤层波状起伏较大，加上断层的影响，其弊端就很快显示出来了。其一机巷无法沿煤正常施工；其二机巷内要安装较多的小绞车和水泵，管理复杂；其三由于断层多补充工程量多，通风管理困难，对煤质影响也很大。结果被迫放弃了倾斜长壁采煤法(见图5)。

图5　1553集中巷剖面图

　　从以上四例我们可以初步看到，在煤层倾角、倾向多变，具有波状起伏加小断裂的近水平薄煤层中，单纯采用走向长壁采煤法会造成工作面长度变化过大，或使工作面提前收敛，造成大量储量落空，还可能在工作面中间出现向、背斜而无法正常开采。在同样条件下，单纯采用倾斜长壁采煤法时，机、风巷倾斜变化太多，不仅运输困难、排水设备和小绞车占用太多、采掘机运干扰大，而且在未弄清地质构造前，要沿煤层施工倾斜机巷也十分困难。因此，这两种采煤方法单独使用都不能适应朝阳煤矿的客观条件。经验表明只有在基本弄清地质构造的基础上，因地制宜地象例2和例3那样，采用联合布置的方法有计划地切出长度变化不大的工作面进行回采，才能创造较好的安全生产条件，取得较好的经济效益。

3　两种长壁采煤法联合运用的巷道布置

3.1　采区准备巷道的布置
　　由于本方法适用于近似水平煤层，故应采用盘区式布置准备巷道。例如，朝阳煤矿五采轨道下山布置在避开集中压力的稳定的石磴子灰岩中，回风行人下山则沿煤层底板石英砂岩标志层掘进，这样就能在准备过程中摸到主剖面上的煤层赋存状态。采区区段划分应按煤层倾角和适宜的工作面长度(一般80m左右)来划分，每条区段运输巷通过运输石门或回风石门(斜巷)和工作面机巷或风巷联系。

3.2　机巷的布置
　　机巷的布置方法与走向长壁和倾斜长壁采煤法均不相同。既不完全沿煤层走向施工，也不一定沿煤层倾斜掘进，而是采用定向破底施工法。其主要步骤是：
3.2.1　机巷定位
　　既按技术装备条件和管理水平确定工作面长度(80m左右)。定位时可尽量避开大的走向断层。
3.2.2　确定机巷的主方向
　　即根据煤层赋存情况和邻近工作面地质资料确定机巷的主方向，使该方向与煤层走向基本一致。
3.2.3　对机巷开门位置进行预测
　　如属凹部则沿煤沿主方向施工，如属凸部则应降低标高在煤 层底板内开门沿主方向作平巷，见煤后则沿煤破底施工。
3.2.4　机巷施工过程中煤层随之变化
　　煤层下倾则必须随之下倾，煤层上仰则仍作平巷。中部遇断层时，如断失盘上升仍作平巷。断失盘下降则必须作下山见煤(倾角不大于18°)在采面边界附近遇仰斜或断失盘上升时，可以沿煤施工或作上山见沿煤施工。总之，机巷方向大体不变，煤层绝大部分始终位于巷道内或巷道之上。朝阳煤矿1551，1552机巷采用此法施工，在主方向上长约520m，一次布置成功，通过回采检验证明这种方法是适合朝阳煤矿具体条件的(见图6)。

图6　1551、1552机巷纵切面图

3.3　风巷的施工
　　在薄煤层中可以推广沿空护巷，巷旁支护可使用矸石墙，巷内用可缩性金属支架支护。如维护确有困难的可沿空掘巷，一般要求下工作面的回风巷要低下上工作面机巷最低点，这样可以兼作上工作面排水和进料用，风巷施工方法一般同机巷。

3.4　切眼及补充巷的布置
　　机巷到位后沿煤直线贯通风巷。切眼可能是水平的，也可能是倾斜的，因倾角不大开采时均无大的困难。补充切眼则可采后超前掘进。由于部份煤层位于巷道项部且高差不大，可在开采前超前作小眼(2～4m)，高差较大的可超前作补充机巷。

4　两种长壁采煤法联合运用的特点及其效果

4.1　走向长壁采煤法中机巷煤层方向多变
　　两种长壁采煤法联合运用时，机巷沿主方向施工，方向基本不变，巷道直。

4.2　走向长壁采煤法工作面沿煤层走向推进
　　两种长壁采煤法联合运用时工作面既可沿煤层走向推进，也可沿俯斜或仰斜推进。

4.3　走向长壁采煤法工作面长度随煤层倾角变小而增长
　　两种长壁采煤法联合运用时工作长度基本不变。

4.4　两种长壁采煤法的联合运用
　　由于基本巷道的布置雷同于走向长壁采煤法，故有系统简单、使用习惯、生产安全、管理方便的长处。所有采用走向长壁采煤法的矿井或采区，只要条件适宜就可选用，适应性较强。

4.5　机巷定位定向施工
　　受地质构造及煤层倾角、倾向变化的影响较小，能准确及时地切出工作面，避免因新增工程量而造成工作面脱节(如例1)。对加强计划管理，实现均衡生产十分有利。

4.6　工作面等长时可减少工作面输送机溜槽的工作量
　　由于输送机溜槽的工作量大大减少，有利于工作面顶板管理。特别对综合采煤工作面能大大减少拆架和接架的麻烦，可以提高工效。

4.7　工作面资源回收率
　　由于煤层位于机巷内或机巷顶部，机巷不压煤，工作面资源回收率高。

5　结论

　　两种长壁采煤法适用于倾角、倾向多变的具有波状起伏、地质条件较复杂的近似水平煤层。只能在薄煤层或中厚煤层中使用，以薄煤层使用效果最好。
　　两种长壁采煤法的联合运用与走向长壁采煤法相比有工程量省、可靠性大、巷道基本成直线、工作面等长、利于机械化生产，回采率较高的优势。与倾斜长壁采煤法相比有系统简单、适应性强、运输方便可靠、施工管理较方便等长处。在选用时要因地制宜通盘考虑反复对比择优使用，不可削足适履随意套用。
　　朝阳煤矿开采经验和矿压观测资料表明，在Ⅰ、Ⅱ类顶板的条件下，当顶板来压强度σ=10～30t/m²，老基本项周期来压不太强大的情况下，当煤层倾角小于12°时，无论是俯斜或是仰斜开采都能用大冒落的方法管理顶板。其回采工艺与走向长壁采煤法相比无实质性的区别。如采场压力很大的矿井使用此法时，必须摸索自己的经验。
　　两种长壁采煤法的联合运用朝阳煤矿已有多年，有实践作基础，条件类此的矿井可以大胆采用。这种方法特别为一些底部呈波状起伏的含煤盆地的深部开发提供了一种新的开采途径。但由于存在掘进时占用设备较多，机巷主方向的确定还依赖于简单的探测手段，往往不尽人意等缺点，因此还有待于继续探讨和提高。我们相信，随着探测技术的不断进步和采煤机械化程度的不断提高，这种方法一定能在煤炭工业生产中获得更广泛地运用并取得更好的效益。

作者单位：湖南涟源市煤管局