仰俯开采现状.doc

1概述
仰俯斜开采是指煤层开采工作面沿倾向布置、沿走向推进的长壁采煤法时,受褶曲等地质构造影响,先后经历俯斜(仰斜)、仰斜(俯斜)两个回采阶段的工作面。在工作面倾向角度较大的同时还要连续经过俯斜、仰斜两个回采阶段,这对工作面围岩控制、设备稳定性控制、现场生产管理等诸多方面均提出了很大的挑战。由于它较走向长壁采煤法具有许多优越性以及较好的技术经济效果，国内外应用仰俯斜开采日益增多。仰俯斜开采是倾斜长壁采煤法的一种，它具有缓斜煤层倾斜长壁采煤法的一般规律，但由于推进方向与走向长壁不同，其矿山压力显现与围岩控制技术肯定也有很大变化，实际回采施工中又有许多现象不同于缓斜煤层倾斜长壁采煤法，需要采取不同的技术方案和安全管理措施。
1.1仰俯斜开采国内外应用概况
国外在仰俯斜开采应用较少，但单一的仰斜开采和俯斜开采都得到了广泛的应用，有很多研究成果。七十年代中期以前，应用倾斜长壁采煤法主要有原苏联的顿巴斯、库兹巴斯和卡拉甘达等煤田，其产量占总产量的14%[1]。在西欧和其它国家，倾斜长壁采煤法应用也逐步广泛。七十年代以后，欧洲各主要产煤国对倾斜长壁采煤法的应用更加重视。在建设的大型现代化示范矿井中，如英国年产1000万t的赛尔比矿、法国洛林煤田年产300万t的乌沃矿、原苏联年产420万t的多尔然矿等，以及日本的SD综采工作面均采用了这种采煤法。据资料统计，采用仰斜开采的工作面均达到了较高的技术经济指标。
倾斜长壁开采是本世纪50年代始于苏联，而后逐步发展起来的一种新的开采方法。它对矿井开拓和巷道布置是一种改革。实践证明，在条件适合的情况下，其工程量减少和生产系统简单，可收到优于走向长壁开采的技术经济效益。尽管它的发展历史不长，但已为人们所重视。
从50年代起，苏联，日本、德国、英国、法国、印度、波兰及捷克和斯洛伐克等世界主要产煤国家相继试验研究和推广了这一新的开采技术。苏联1954年开始采用倾斜长壁开采法，首先在顿巴斯的马凯耶夫煤炭公司的擒山谷矿进行了工业性试验，取得了较好的技术经济效果。
1967年在卡拉干达煤田的列宁矿、斯捷普娜娅矿和高尔巴切夫矿的缓倾斜厚煤层中采用了俯斜式开采，这些工作面的技术经济指标都大大超过了走向长壁采煤工作面。例如，列宁煤矿使用综合机械化开采的俯斜式采煤工作面的日产量为1193t，而走向长壁式工作面仅
为795t，劳动生产率由15t/工提高到19.4t/工。
1975年初苏联共有倾斜长壁工作面约320个，其产量约占总产量的14%，1983年使用倾斜长壁开采产量约占总产量的12.6%，1984年其产量占总产量的19%。1985年，顿巴斯矿区使用盘区式和倾斜长壁开采产量占总产量的85%。近年来，随着采煤技术的不断进步，倾斜长壁开采的范围日益扩大，开采深度达1000多米，各种瓦斯等级的矿井都可采用倾斜长壁开采法。
在波兰的矿井中，倾斜长壁开采法也获得了成功的应用，如上西里西亚矿区的列宁煤矿，鲍布列克和伽列巴矿等仰斜工作面所取得的技术经济指标都是很高的。在列宁煤矿的49号工作面，平均日产曾达1800~2340t，工作面日进度为8.81-9.07m。南斯拉夫的“威列耶”矿区用俯斜长壁放顶煤采煤法开采了倾角为0~15°、层厚为140m的特厚褐煤层。西欧的一些国家，倾斜长壁采煤法的应用日益广泛。
七十年代初，西德的400个工作面中有50多个工作面应用倾斜长壁开采法，其中大部分集中在萨尔的列津矿、路易捷恩塔矿和瓦尔恩德特等矿。法国用倾斜长壁开采法的产量占总产量的20%，主要在洛林矿区。例如新建的年产量为360万t的呜沃矿全部采用倾斜长擎开采法。英国新建的赛尔比矿年产量1000万t，也全部采用这种开采方法。
长期以来，我国在开采倾斜和缓倾斜煤层时，普遍采用走向长壁采煤法。随着机械化程度的提供为缓解矿井接替紧张，增加开采强度的需要，工作面推进长度不断增加，因此工作面难免受到断层、褶皱的影响，使一个工作面不同地段出现仰斜和俯斜段。
我国从七十年代初开始试验研究倾斜长壁开采法。近年来，主要试验研究了单一薄及中厚煤层，厚煤层和煤层群条件下的倾斜长壁开采，积累了较为丰富的经验，使这一新技术逐步发展到目前比较成熟的阶段。据统计，倾斜长壁式工作面产量占全国总产量的11.96%，有10多个省市(自治区)的20多个矿区、100多个矿井采用倾斜长壁开采法。有的矿井如大同矿务局的永定庄矿和松藻矿务局打通一矿，改革了原来的巷道布置，变为全矿井的倾斜长壁开采系统。
近年来随着工作面推进长度的不断增加，受褶皱的地质因素影响越来越大使使同一个工作面频繁出现仰俯斜开采的情况。大雁煤业公司第二煤矿，工作面走向长660m,倾斜长180m。沿煤层走向有一向斜构造,俯斜长度230m,最大倾角14°,平均倾角10°;仰斜长度430m,最大倾角15°,平均倾角10°。由于采取合理的巷道布置方式，机械设备选型合理且回采工程中应对措施较好，工作面取得了良好的开采效益。新集二矿E1108工作面走向平均长度940m,倾向长度110~127m,开采112煤层, 煤层为三层煤两层夹矸结构,平均厚度2.83m。工作面倾
角10～45°,平均32°,煤层褶曲发育,在走向上缓波状起伏, 沿煤层走向呈锅底状。工作面里段为伪俯采、外段为伪仰采。工作面俯采段俯角10～42°,平均27°,俯采段工作面倾角13～31°,平均25°。由于回采措施得当，工作面取得了较好的经济效益。
1.2 仰俯斜开采技术现状
1)．回采工作面仰斜开采时
对于仰斜开采的工作面，由于煤层倾角的影响，在顶板岩层中将产生向采空区方向的层面分力，在此分力的作用下，顶板悬板岩梁将向采空区方向移动。此时，岩块间几乎完全失去联系，使顶板的下部岩层受拉力作用，易于出现裂隙和加剧破碎，井有把支架推向采空区的趋势。观测资料表明，当工作面的仰角大于6°~8°时，每个循环中的支支柱向采空区倾斜5°~8°，有时甚至更大。同理，煤壁的水平位移值也增大，靠近顶板的上部煤体易于滑落片帮和压出现象严重。
据徐州矿务局权台矿统计，当仰角大于12°时，由于煤层强度低，支承压力大，煤壁片帮深达2m以上，顶板在煤壁内明显下沉，产生各种采动裂隙。如遇到断层等构造就产生局部冒顶，有时高达3m以上，工作面的推进速度大幅度降低。因此顶板初始下沉和自梁端至煤壁内的无支护距离增大，顶板下部的稳定性及维护条件变坏。
仰斜回采工作面采煤机的稳定性受倾角的影响也比较大。当煤层倾角α＝2°~4°时，出于采煤机的自重其稳定性比走向长壁工作面好，当倾角大于17°对，可保持纵向稳定。向输送机装煤，较走向长壁开采有利，但是，易将碎煤抛到输送机的采空区一侧，故仰斜长壁开采的倾角以小于15°为宜。
2)．回来工作面俯斜开采时
由于煤层倾角的影响，顶板岩块的水平分力指向煤壁，使控顶区的顶板和煤壁处于挤压状态顶板板的裂隙密合，有利于保持顶板的连续性和稳定性，但是在维护中须注意防止无支护空间的漏矸或冒落。由于回来工作面俯斜开采，支架重力受水平分力的作用，使移架力和招溜力都比较小。
淮北矿务周朱庄矿的测定，完全证实了上述结论是正确的。另外，由于采煤机重心始终倾向于煤壁，则使煤壁不易片帮，采煤机也不会出现倾倒或翻转现免随着倾角的增大，采煤机装煤效果急剧降低，因此，俯斜长壁开采的倾角以小于17°为宜。
综上所述，在仰俯斜开采工作面中，顶板的法线方向移近量和对支架的作用力均比较走向长壁工作面要小。但是，回采工作面在仰斜推进时，顶扳的水平位移量较大，并且煤壁片帮严重，因此。使顶板的初始下沉量和无支护距离增大，不利于顶板的维护。当回采工作面俯斜推进时，由于在倾双方向上出现的顶板分力使项板压力图显降低，则有利于工作面的顶板管理。实践证明，俯斜开采优于仰斜开采
多年来仰俯斜开采取得了以下几方面的技术进步：
(1)、生产工艺研究及其可靠性分析
目前在走向长壁工作面中实行的生产工艺基本上在仰俯斜开采都有应用。随着近年综合机械化程度的提高，炮采工艺逐步减少，高档普采、综采、放顶煤开采等先进回采工艺得到较大发展。尤其是不同煤层倾角下，通过对走向长壁与倾斜长壁开采工艺可靠性分析，研究得出不同煤层倾角范围应采取的不同采煤工艺。
(3)、大倾角仰俯斜开采研究
大倾角仰俯斜开采研究的主要内容有生产工艺研究、影响因素、顶板控制设计。其中，对大倾角仰俯采条件下矿山压力显现及控制的特点的研究，因其是合理选择采煤方法和采取有效控制方法的科学论据，并能对选择及改进设备提供可靠依据，故而显得极为重要。
(4)、倾俯斜开采的沿空成巷试验研究
无煤柱开采是煤矿开采的一种先进的开采方法，其突出的优点是能适应矿山压力的分布规律，有利于改善巷道的维护和稳定，有利于合理开发煤炭资源，提高煤炭回收率，有利于安全生产。
(5)、运输和通风方式的研究
运输和通风是矿井生产中的重要环节，能否顺利地进行对全矿生产有直接影响。正确地选择的确定运输和通风方式及其设备，对于保证矿井的安全生产，创造良好的系统条件，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度，降低生产成本，具有十分重要的意义。
以上五个方面的研究，对提高仰俯斜开采工作面的高产高效都有一定的作用。然而，仅仅从以上任一方面研究是不够全面的。影响仰俯斜工作面高产高效的因素有许多，这些因素相互影响、相互制约。但我们在实际工作中，可以针对回采工作面的特性，有目的地对影响安全、高产、高效生产的主要因素重点进行研究。
可见，仰俯斜开采无论在生产实践和理论研究上均取得了发展，其优越性日益显著。
1.3 日前存在的主要技术问题
为了继续提高仰俯斜开采的技术经济效益，除对上述巷道布置参数、工艺、矿山区力等技术问题继续深入地研究外，还有几个主要技术问题急待解决：
1) 目前，回采工作面采用的采煤机、输送机和液压支架不完全适应仰俯斜工作面的要求。有关部门应重视研制适用于仰俯斜工作面的采煤机、输送机和液压支架，以不断提高仰俯斜开采的经济效益，扩大仰俯斜开采法的适用范围，
2) 仰俯斜开采中的斜巷掘进和运输设备是当前影响仰俯斜开采技术发展的重要因素。有关部门应重视研制斜巷掘进和辅助运输设备，以充分发挥仰俯斜开采的优越性
3) 仰俯斜厚煤层开采的防火问题。当采用沿空留巷和沿空掘巷以后，在回来工作面生产期间，巷道中的风流易向来空区渗漏，使采空区的浮煤产生自燃，影响矿井安全生产。仰俯斜开采厚煤层时的防火问题应尽快研究解决
4) 在仰俯斜开采过程中，所开采煤层的顶板有含水层或工作面洒水量较大时，水患危害程度较大，使工作面劳动条件差，运输困难，降低了煤质，影响生产与安全。
1.4 发展趋势
1）．深入研究不同倾角时，仰俯斜开采的矿山压力显现规律是发展仰俯斜开采的前提条件。
随着煤层倾角的变化，仰斜和俯斜长壁开采的矿山压力显现特点不同，认而使煤壁片帮、支架与煤壁问发生冒顶，并且由于顶板的水平分力使设备下滑、倾倒等。为了合理解决仰俯斜开采中存在的上述问题，必须全面深入地研究矿山压力显现规律(包括无煤柱开采中巷道矿压的显现特点)，从而选择合理的支护形式和支架结构。
同时，也应研究深部水平仰俯斜开采工作面和巷道的矿山压力问题。买践证明，在深部水平支承压力高度集中会引起围岩的剧烈移动，利用煤柱保护巷道的方法是无效的，必须研究和采用使围岩卸压的保护方法。
2)．积极采用有效技术措施，这是扩大仰俯斜开采应用范围的关键
生产实践表明，针对具体的地质条件和技术条件以及管理水平，采取相应的措施，一般是能够发挥仰俯斜开采优越性的。
在仰俯斜开采中防灭火是主要问题，应根据矿井的具体条件进行综合研究。特别是在开采厚煤层时。煤层自燃、瓦斯涌出等问题更为突出，因此，应采用仰俯斜开采后退式开采方式，适当地加快回采推进速度，采用均压通风，及时密闭采空区中的巷道，搞好巷旁文护和壁后充填，喷洒和向媒体中压注阻化刘，并且用束管监则，判断火情，以便及时采取措施。
为了减少工作面搬家次数，缩短搬家时间，增加迹续推进的长度，充分发挥综采设备的效能和经济效益，有条件的回采工作面可考虑采用旋转式或往复式开采工艺等。
3)．改革巷道布置方式，确定合理的技术参数，这是实现仰俯斜开采优越性的重要环节
根据我国目前开采技术条件和管理水平，在薄及中厚煤层中采用的倾斜长壁开采巷道布置方式是比较成功的。取得了比较好的技术经济指标。今后应该进一步研究3.5~10m的厚煤层倾斜长壁开采巷道布置方式和采煤工艺。目前，厚煤层开采分为整层开采、分层开采和放顶煤开采法三类。对于开采条件好的矿井，当煤层厚度为3.5~4.5印时，可采用一次采全厚的倾斜长堑开采方式。如果用分层开采，一般情况下对于普采工作面各分层可采用分层同劝对于综合机械化开采的工作面，可根据目前的具体条件实行分层分采。但是，随着生产技术和管理水平的不断提高，矿山匠力规律的进一步掌握，采区(或分区)尺寸的适当扩大，也可采用分层同采。对于6~10m的厚煤层可视具体情况选用倾斜长筏放顶煤开采方式。
在条件适合的煤层，应采用倾斜长壁无煤柱开采技术和巷旁支护技术，以提高回采率和降低掘进宰。根据具体条件确定合理的技术参数，这是提高倾斜长壁开果技术经济指标的重要途径之一。因此，应认真进行调查研究和优化。
4)．研制有效的采煤设备和辅助运输设备是提高倾斜长壁开采技术经济指标和扩大其使用范围的重要途径
目前所使用的采、掘、运设备不完全适用倾斜长壁开采工作面．不利于最大限度地发挥该方法的优势，为此应研究适应于仰俯斜开采工作面生产需要的采、掘、运设备，辅助运输设备应进一步改进和完善。根据我国的实际情况和最近的统计，为了提高矿井的总经济指标，必须同时提高煤矿井下辅助运输的经济效益。所以应认真研制和提高适用于仰俯斜开采的辅助运输设备。对于综采和综掘为主的采区，可采用防爆柴油机车牵引的单轨吊车；对于一般采掘机械化的采区则应以液压绞车无极绳牵引的卡轨车为宜，从而解决大、长、斜、缓巷道的运输难问题。
5)．重视和创造工作面的安全劳动条件，这是扩大仰俯斜开采应用范围的重要措施
煤炭生产的增长，开采技术的不断发展，技术装备水平的不断提高，为煤矿安全生产创造了条件，改善了煤矿的安全状况。为了消除、降低瓦斯涌出和瓦斯的动态现象，在工作面投产前应进行预先排放瓦矾也可以采用下行通风并净化回风风流的通风方式；或根据矿井或回采工作面的具体条件，采用Y形通风方式，以便建立正常的并下气候和舒适的工作条件。
总之，改进巷道布置方式，研究矿山压力规律，研制和改进工作面的采、掘、运设备，辅助运输设备和新的工艺系缅建立正常的工作面安全劳动环境，积极采用各项有效技术措施，可大大扩大仰俯斜开采法在各种条件下的应用范围，并确保煤矿和工作面高产高效。仰俯斜开采在我国有着广阔的发展前景。