0引言
不穩(wěn)定煤層雖然厚度變化大，經(jīng)常出現(xiàn)增厚、變薄、分叉等現(xiàn)象，給開采工作帶來一定的困難，但按其傾角仍有緩傾斜、傾斜及急傾斜之分。在不穩(wěn)定煤層中，往往可能在局部范圍內(nèi)圈出一些面積可觀、埋藏相對穩(wěn)定的塊段；在這些塊段中可以因地制宜地布置采區(qū)巷道并進(jìn)行回采。
1短長壁開采
在緩傾斜及傾斜煤層中，一般可采用如圖1所示的方法布置采區(qū)及工作面。與普通長壁工作面不同的是，工作面長度較短，可控制在30~50m。工作面可沿走向布置，也可沿傾向布置。
圖1 走向短長壁開采示意圖
這種工作面可以布置滑移支架或普通綜放支架，在煤層較薄的地方，采用炮采或綜采，在煤層較厚的地方，采用滑移支架放頂煤或普通綜放支架放頂煤開采。此種方式下，建議采用綜放支架。適應(yīng)煤層厚度變化大、回采工作比較安全、回采率高、工人勞動強(qiáng)度低，操作簡單。
以某礦開采實(shí)踐為例，所開采15#煤層總厚度3.16～12.15m，平均厚度5.65m；15號煤層分為15-2#、15-4#煤層，傾角25°～53°，平均36°，煤層比較松軟，硬度系數(shù)f=0.44。該工作面有一條S12-1向斜及一條B11背斜，尤其S12-1向斜對工作面回采及頂板控制將產(chǎn)生較大影響。工作面布置如圖2所示。
圖2 工作面布置圖
每年按330個工作日計(jì)算，工作面長度為100m時(shí)，割煤高度2.4m，日循環(huán)數(shù)5，采用“三八制”，2班生產(chǎn)，1班檢修，生產(chǎn)班每班2個循環(huán)，檢修班1個循環(huán)，日進(jìn)度3.0m，日產(chǎn)量1546.89t，年產(chǎn)量達(dá)51萬t。采用設(shè)備如表1所示。
表1 主要設(shè)備表
2水平分層放頂煤開采
開采急傾斜不穩(wěn)定煤層，通常采用水平分層采煤法，水平分層開采根據(jù)煤層厚度變化分為幾種：
（1）煤層厚度較大，可以布置短長壁工作面放頂煤回采。此種情況下，煤層厚度往往較大，一般在12m以上。
以某礦為例，煤層厚度10～70m，平均22.58m，傾角一般70°以上。煤層瓦斯含量6.25m3/t，煤層瓦斯壓力0.6MPa。煤塵具有爆炸性，爆炸指數(shù)為：18.07%～20.65%。煤層自燃傾向性等級為Ⅱ級，為自燃煤層。絕對瓦斯涌出量25.916m3/min，相對瓦斯涌出量13.049m3/t。
采用水平分段綜采放頂煤采煤法，分段高度為16m，傾向長度約90m，機(jī)采高度2.6m，放頂高度13.4m，截深0.6m，循環(huán)進(jìn)度0.6m，放煤步距0.6m。日進(jìn)4刀時(shí)，日產(chǎn)量2796t，年產(chǎn)量92.3萬t。設(shè)備配備如表2所示。設(shè)備布置如圖3所示。
表2 主要設(shè)備表
圖3 水平分層放頂煤工作面設(shè)備布置
（2）煤層厚度中等（5~12m），可采用水平分段沿空留巷放頂煤采煤法（天地科技股份有限公司發(fā)明專利）。工作面內(nèi)采用放頂煤液壓支架支護(hù)和放煤，打眼放炮落煤，刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，采用預(yù)制金屬棚子或塑料筒進(jìn)行沿空留巷支護(hù)。以此實(shí)現(xiàn)急傾斜厚煤層（5～12m）的機(jī)械化開采。該種方法如圖4所示。工作面根據(jù)煤層厚度，可酌情布置3個以上的支架。
若煤層厚度進(jìn)一步變小至3~5m，則可改變工作面的支架布置方式（旋轉(zhuǎn)90°布置）進(jìn)行工作面布置與回采。
（a）平面圖
圖4 水平分層沿空留巷采煤法
3急傾斜薄煤層刨運(yùn)綜采機(jī)組開采
對于3m以下的急傾斜薄~中厚煤層，可采用刨運(yùn)機(jī)組進(jìn)行綜采（天地科技股份有限公司研發(fā)）。該機(jī)組適用煤層傾角不小于70°。工作面布置與普通走向長壁工作面一致，工作面設(shè)備采用刨運(yùn)機(jī)組。如圖5所示。
圖5 刨運(yùn)機(jī)組圖
設(shè)備配套主要參數(shù)如表3所示。
表3 主要設(shè)備參數(shù)表
4錨固頂板耙裝無人工作面開采
在煤層傾角30°以下，頂板堅(jiān)硬，煤層厚度變化大，一般2~5m，無法布置長壁工作面的區(qū)域，可以采用該方法（山東科技大學(xué)，譚云亮，發(fā)明專利技術(shù)：超前網(wǎng)格狀錨固控制無人工作面開采新技術(shù)）。工作面布置如圖6所示。
圖6錨固頂板耙裝無人工作面開采示意圖
該方法巷道布置類似房柱式，總體上形成負(fù)壓通風(fēng)，巷道采用錨桿支護(hù)，構(gòu)筑成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，巷道將煤體分割成小煤柱，在小煤柱范圍內(nèi)進(jìn)行打眼放炮，然后安裝耙裝機(jī)進(jìn)行回收煤炭資源。若小煤柱尺寸較大，可采用深孔爆破松動煤體。
5走向長壁無人工作面端部放煤開采
適用于厚2-4m的急傾斜煤層，將煤層分成20～30m高的分段，以回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷貫通工作面，形成獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。落煤采用深孔爆破，在工作面下端以專用的液壓支架進(jìn)行放煤。
該方法是巷道長壁采煤法的一種改進(jìn)，急傾斜煤層巷道長壁采煤方法是一種工人不需要進(jìn)入回采工作面，只在分層平巷中進(jìn)行操作的一種采煤方法。它具有操作安全，工藝簡單等特點(diǎn)。巷道布置如圖7所示。
圖7 工作面布置圖
無人工作面內(nèi)沒有支護(hù)，在工作面下端頭采用專用端頭放煤液壓支架支護(hù)。
在工作面頂板冒落后將工作面堵死的情況下，需在工作面前方每6m掘聯(lián)絡(luò)眼進(jìn)行通風(fēng)。所采用的特殊支架如圖8所示。
圖8端頭放煤液壓支架
工作面采煤工藝為打眼放炮落煤，放煤液壓支架支護(hù)，爆破裝煤和放煤液壓支架放煤，刮板輸送機(jī)運(yùn)煤的方法。工作面設(shè)備布置如圖9所示。
圖9工作面設(shè)備布置圖
6柔掩支架采煤法
開采急傾斜煤層可以考慮采用柔掩支架采煤法，偽斜柔性掩護(hù)支架采煤法是指在急斜煤層中，沿偽傾斜布置采煤工作面，用柔性掩護(hù)支架將采空區(qū)和工作空間隔開，沿走向推進(jìn)的采煤方法。工作面布置如圖10所示。
圖10柔掩支架采煤法工作面布置
區(qū)段高度一般為30～50m；距采區(qū)邊界5 m處開掘一處開切眼，溜煤眼和人行眼，兩眼間距5～8 m，沿傾斜每隔10～15 m用聯(lián)絡(luò)平巷貫通。利用開切眼逐步把水平鋪設(shè)的掩護(hù)支架下放到與水平面成30°～35°夾角的偽斜位置，形成偽傾斜采煤工作面。
平板型掩護(hù)支架結(jié)構(gòu)簡單，如圖11所示。由長度比煤層厚度小0.2～0.4 m直鋼梁及鋼絲繩構(gòu)成。鋼梁排列密度根據(jù)煤層厚度靈活掌握。煤厚在2.5～4m時(shí)，鋼梁密度為3～5根/m，煤厚在4～5 m時(shí)，鋼梁密度為5～6根/m，鋼梁可采用礦用工字鋼、U形鋼及舊鋼軌。鋼梁的規(guī)格應(yīng)根據(jù)開采煤層厚度選用不同型號。
圖11柔掩支架結(jié)構(gòu)
目前常用的柔掩支架結(jié)構(gòu)如圖12所示。
（a）多根鋼梁組合平板形掩護(hù)支架
（b）八字形掩護(hù)支架
（c）“〈”形掩護(hù)支架
（d）單腿支撐式掩護(hù)支架
（e）“7”字形掩護(hù)支架
圖12常用柔掩支架結(jié)構(gòu)
7水力采煤
一般在20°以上的區(qū)域可以考慮采用小階段采煤法布置巷道。小階段采煤法巷道布置由于回采巷道沿走向布置，為了減少掘進(jìn)量，采用經(jīng)部分采空區(qū)回風(fēng)，考慮到采空區(qū)回風(fēng)不穩(wěn)定，為了安全生產(chǎn)，水采工作面都配局扇輔助通風(fēng)，采空區(qū)回風(fēng)距離根據(jù)煤層賦存情況決定，最大回風(fēng)距離80～100m，據(jù)測定，采空區(qū)風(fēng)阻為1mm水柱/m。如圖13所示。
圖片 圖13水力采煤小階段采煤法巷道布置圖
系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成：工作面裝備（主要是水槍）、高壓供水裝備、煤水分級運(yùn)提裝備、煤泥脫水裝備等。
8 結(jié)語
對于地質(zhì)條件復(fù)雜的煤礦或煤礦區(qū)域，選取合理的開采方法才能符合政策要求，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、無人化安全開采。上述復(fù)雜煤層開采方法，可以為行業(yè)提供一定的借鑒。
