认识煤矿:近水平煤层、缓(倾)斜煤层、中斜煤层、急(倾)斜煤层

按照煤炭倾角大小,可将煤层氛围近水平煤层、缓(倾)斜煤层、中斜煤层、急(倾)斜煤层。其中,煤炭倾角是指煤层层面与水平面所夹的锐角,对于煤炭开采方法的选择、开采设备的选型以及开采过程中的安全管理等诸多方面都有着极为重要的影响。

认识煤矿:近水平煤层、缓(倾)斜煤层、中斜煤层、急(倾)斜煤层

一、走向、倾向、倾角、倾斜线

为了说清楚上述煤层,需要搞清倾角的概念,它与煤层的走向、倾向、倾斜线紧密相关。下面结合下图[1]快速说清楚:走向就是煤层与水平面相交的那条线,即图中的ab;而沿着煤层倾斜方向的线就是倾斜线,即图中的ce;如果将倾斜线投影到水平面,也就是图中的cd,那就是倾向;倾斜线ce与倾向cd的夹角,就是倾角啦,简单吧。

认识煤矿:近水平煤层、缓(倾)斜煤层、中斜煤层、急(倾)斜煤层

ab—走向线;ce—倾斜线;cd—倾向;α—倾角

二、近水平煤层

定义:地下开采时,倾角在 8° 以下的煤层;露天开采时,倾角在 5° 以下的煤层。下图是近水平煤层的示例,采用的是长壁放顶煤开采。

认识煤矿:近水平煤层、缓(倾)斜煤层、中斜煤层、急(倾)斜煤层

开采特点

  • 设备稳定性好由于煤层倾角小,采煤设备在工作过程中稳定性相对较高,不易出现因重力作用而产生的设备倾倒、滑移等问题。例如,综采工作面的液压支架在近水平煤层中能够较为平稳地支撑顶板,维护工作面空间。

  • 运输便利煤炭在运输过程中,无论是刮板输送机运输还是带式输送机运输,都比较顺畅,基本不需要考虑煤炭因重力下滑而造成的堆积等情况。并且人员和设备在巷道内行走、移动也较为方便,安全风险相对较低。

  • 通风系统较易布置通风线路受煤层倾角影响小,风流在巷道内分布相对均匀,通风阻力较小,易于构建合理有效的通风系统,保障井下空气质量和安全生产。

三、缓(倾)斜煤层

定义:倾角为 8° - 25° 的煤层。

认识煤矿:近水平煤层、缓(倾)斜煤层、中斜煤层、急(倾)斜煤层

开采特点:

  • 设备适应性要求较高采煤设备需要适应一定的倾角,如液压支架需要具备良好的防滑、防倒装置。在缓倾斜煤层开采中,设备的稳定性较近水平煤层稍差,但通过适当的技术措施可以有效控制。

  • 开采方法多样可以采用壁式体系采煤法,包括长壁采煤法和短壁采煤法。长壁采煤法适用于煤层赋存稳定、地质条件较好的情况,能实现较高的机械化水平和开采效率;短壁采煤法可用于地质条件复杂或不适合长壁开采的区域。

  • 煤炭运输有一定坡度助力在煤炭自溜运输时,煤层的一定倾角可以提供一定的下滑力,有助于煤炭在采面或运输巷道内的移动,但也需要合理控制下滑速度,防止煤炭溢出或损坏运输设备。

四、中斜煤层

定义:倾角在 25° - 45° 的煤层,下图中的煤层不但倾角大,而且煤层薄,人员行走很是困难。

认识煤矿:近水平煤层、缓(倾)斜煤层、中斜煤层、急(倾)斜煤层

开采特点

  • 开采难度增大:由于煤层倾角较大,采煤设备的稳定性问题更加突出,需要更加强有力的防滑、防倒措施。例如,液压支架的底座和顶梁之间需要安装可靠的防倒千斤顶,并且在工作过程中要严格控制设备的工作状态

  • 安全风险增加人员在倾斜的工作面上行走、作业时容易滑倒摔伤,而且煤块、矸石等在重力作用下容易滚落,对人员和设备构成威胁。在支护工作方面,顶板管理难度增大,因为顶板压力的方向和大小在倾斜状态下更加复杂。

  • 运输系统复杂煤炭运输过程中,需要采用特殊的运输设备或者运输方式来防止煤炭下滑速度过快。例如,在刮板输送机上可能需要安装防滑链或者其他制动装置,并且运输巷道的坡度较大,对轨道运输的轨道铺设和车辆制动性能要求较高。

五、急(倾)斜煤层

定义:倾角在 45° 以上的煤层。下图倾角高达78°,人员行走如同怕陡峭的华山!

认识煤矿:近水平煤层、缓(倾)斜煤层、中斜煤层、急(倾)斜煤层

开采特点:

  • 开采工艺特殊一般不能采用常规的壁式采煤法,通常采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法、水平分层采煤法、倒台阶采煤法等特殊采煤方法。伪倾斜柔性掩护支架采煤法是将掩护支架按伪倾斜方向布置在采煤工作面内,工人在掩护支架下进行采煤作业,利用支架隔离采空区和工作空间。

  • 安全问题严峻人员在急倾斜工作面上作业极为困难,站立不稳,而且采落的煤块和矸石会快速向下滚落,可能造成掩埋人员和设备的事故。此外,由于煤层倾角大,顶板压力垂直于煤层层面的分力较小,平行于层面的分力较大,顶板容易出现抽冒现象,导致顶板管理难度极大。

  • 通风和排水困难通风方面,由于煤层倾角大,风流向上流动困难,容易出现局部通风不畅的情况。排水时,采空区的积水在重力作用下会迅速流向工作空间,需要采取有效的排水措施,如设置专门的排水巷道和排水设备。

参考文献:

1.李东印,等. 采煤概论(第3版),应急管理出版社

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