特大倾角煤层智能化开采工艺技术

《国务院关于支持贵州在新时代西部大开发上闯新路的意见》（国发〔2022〕2号）明确了在毕节、六盘水、黔西南布局建设大型煤炭储配基地，打造西南地区煤炭保供中心，这些地区煤炭行业迎来高质量发展的重要机遇期，同时由于地质条件复杂，煤与瓦斯突出，大倾角煤层分布广，安全生产挑战也很大。目前，大倾角薄煤层及中厚煤层开采仍然是国内外实现机械化开采的技术难题，贵州的许多煤矿是大倾角煤层矿井，这类煤层往往都是优质的主焦煤和无烟煤，受开采技术限制，大倾角煤层矿井大多使用炮采生产，少数煤矿采用柔性支架截煤机械化开采，但开采效率和安全性未得到有效解决，大倾角煤层机械化开采技术研究具有重要的理论和实践意义。

我国煤炭开采的整体趋势一是向西部转移，西部大倾角煤层储量占总可采煤层储量的50%；二是向深部延伸，东部大部分矿井随着开采深度的增加，生产条件恶化，煤层倾角变大，大倾角煤层、尤其是局部特大倾角煤层储量占很大部分。因此开展对大倾角煤层机械化开采研究，形成以普通综放设备适应性研究为基础，以机械化开采矿压规律和顶煤（板）运移特征为主要依据，以工作面设备防滑、防倒技术为主要保证，以工作面快速推进为主要途径的一整套特殊工艺技术体系，树立大倾角煤层机械化开采安全高效生产矿井典范，此类大倾角机械化开采项目的成功实施，必将产生良好的示范推广效应。

  针对大倾角煤层开采存在的生产效率低、安全状况差和瓦斯治理难等问题，贵州天地聚能公司高九华在研究总结国内大倾角多年的生产实践基础上，提出将"大倾角煤层"转化为"特厚煤层"概念。首先颠覆传统的煤层划分概念基础上的工艺技术，将传统的大倾角煤层转变为特厚煤层理念，采用切实可行的采煤工艺解决开采的问题，认为煤矿机械化开采核心是支护现代化，是为操作者和机电设备提供可靠安全空间，提出了大倾角矿井开拓系统设计必须考虑影响安全的十二要素，以此为基础研究工艺方法与配套机械化开采工作面装备，使大倾角煤层开采创新发展得到进一步推进。

大倾角机械化开采工作面设计必须考虑影响安全的十一要素：

1、必须保证两条安全通道出口。

2、必须为操作者和机电装备提供可靠安全保护空间。

3、必须保证操作者在工作面内行走通畅，便于安全逃生。

4、必须解决由于机采煤炭破碎吸附瓦斯、游离瓦斯的排放及采煤工艺布局诱导煤与瓦斯突出倾向性的控制。

5、必须解决大倾角煤层顶底板不能垮落而形成的有限空间集聚瓦斯的排放。

6、必须解决大倾角煤层的顶底板两侧当岩体强度低整体切落引发的冲击地压。

7、必须解决大倾角煤层顶底板塌陷充填物质不充分形成沟槽引入地表水，特别是雨季洪水沿破碎带流入井下造成淹井事故。

8、必须解决大倾角煤层顶底板不能及时冒落或冒落塌陷少从而形成空硐管道负压风效应，高负压风引发残留煤炭及裸露煤层自然火灾事故的发生。

9、必须考虑工作面和采空区粉尘和瓦斯共存引发更大的灾难事故。

10、必须考虑大倾角开采引起地表塌陷造成山体滑坡及其对地表生态环境破坏。

11、所配套的机电设备必须是本质安全型，不能存在有工艺操作等安全隐患，不便于安全生产监督管理。

12、必须解决降低企业综合建设投入，减少采掘失调实现高产高效。

在这种理念指导下，首次提出了球缺体矿山压力理论体系，为大倾角煤层机械化开采提供了理论支撑，在此基础上提出了“立U连巷水平分层走向长壁短面开采技术”和“旁路通风水平分层走向短壁放顶煤开采技术”，通过工艺联络巷道与旁路回风巷道、下部进风运输巷道和人工沿空留巷墙形成一个U型通风系统，保证采煤过程中的通风；通过巷道布置优化和工艺设备研制，将大倾角煤层开采传统的伪斜长壁采煤工艺转变为放顶煤开采方式，有效解决了大倾角煤层机械化开采的安全问题。

另一方面旁路通风开采开拓工艺设计与采用沿空留巷配套工艺技术相结合，可以使采面的巷道重复使用，本工作面的运输巷道为下一个工作面的瓦斯抽放、充填、防灭火等安全巷道，整个开采过程只掘进一条巷道和公益联络巷道，缩短了掘进开拓时间，降低矿井建设成本提高了矿井的生产效率。对于联合煤层群开采而言，采用旁路通风开采工艺技术，可以在单翼开采煤层群内，推进安全距离范围内布置多个工作面，按照先后顺序实现多面开采生产，提高了矿井的生产效率。

大倾角煤层采用旁路通风开采工艺技术，更有助于实现机械化开采，解决高瓦斯、软地层、冲击地压，实现充填开采技术。