大傾角厚煤層綜采一次采全高采煤工藝

李士棟

（肥城礦業集團單縣能源有限責任公司，山東單縣274300）

0 地質概況

3200采區布置在工業場地煤柱西側，采區范圍北起3煤層-1000m底板等高線，南至3煤層露頭，西起39426000線采區邊界，東到工業場地西側煤柱線。采區東西長1.6Km,南北寬0.7～7.5Km，面積1.34Km2，煤層傾角29～32°，可采儲量559.2萬t

1）煤層：3200采區3煤層為合并區，3（3上）煤層厚度在3.60～6.46m。3（3上）煤層直接頂板為細砂巖、粉砂巖和泥巖，厚1.35～17.32m，一般在2～8m之間。粉砂巖抗壓強度為17.0～35.1MPa，細砂巖抗壓強度為67.6～173.9MPa，屬較穩定～穩定頂板；泥巖則屬于不穩定頂板。3（3上）煤層底板為泥巖、粉砂巖或砂質泥巖，厚度一般1～3m，其抗壓強度為7.80～51.2MPa，屬不穩定～穩定底板。3（3上和3下）煤層的煤類主要為焦煤（JM25），個別1/3焦煤（1/3JM35），煤質以低中灰分、中揮發分、強粘結性、成焦率高、特高熱值、低硫低磷低氯等有害元素含量低為主。

2）采區構造：為向北北西傾斜的單斜構造，伴有部分斷層和寬緩褶曲，地層傾角一般在29°～32°之間；受區域斷層單縣斷層以及終興斷層的影響，主要發育有近東西向斷層和北東向兩組斷層，均為高角度正斷層，其中以北東向斷層為主，區內發現11條斷層，落差均小于10m。3煤層水文地質類型為以裂隙、巖溶含水層充水為主的簡單—中等類型。

3）瓦斯與煤塵：區內煤層瓦斯含量較低，屬低瓦斯礦井；煤塵有爆炸危險；3煤層不易自燃。

4）地溫與地壓：本井田主采（3上）煤層埋藏深（-650～-1200m之間），3煤層底板深度750m以深為大于37℃的二級高溫區，即本井田可采煤層基本上都處于二級高溫區內。礦井開采時地壓大、支護相對困難、成本高。

1 采區巷道布置

1.1 巷道布置

采區共布置三條采區下山：軌道下山、膠帶下山和專用回風下山。膠帶下山用于煤炭運輸，軌道下山用于材料和人員運輸兼進風，回風下山用于采區回風。

1.2 工作面順槽布置

采用單巷布置，沿空掘巷服務下區段，無煤柱開采方式，間隔開采沿空掘巷。每個工作面布置一條膠帶機順槽，兼回風巷，一條輔助運輸順槽，兼進風巷。主要優點：可以提高煤炭回收率，有利于防止煤層自然發火，所有順槽都是隨采隨廢，巷道維護工作量小。

1.3 工作面長度

目前，國內類似條件下綜采工作面長度一般在120m～180m左右。針對本礦井開采條件和技術裝備水平，為保證采煤工作面正常接續，確定工作面長度為150m。

2 采煤方法與采煤工藝

2.1 采煤方法選擇

根據采區煤層賦存條件，針對3煤層采煤方法提出長壁采煤法和房柱式采煤法。

（1）長壁式采煤方法是將回采工作面沿傾斜（或沿走向）布置，沿走向（或沿傾斜）推進，工作面長度一般在100m至200m或更長，是我國采用最為普遍的一種采煤方法。

（2）房柱式開采是將煤層切割成方塊，掘進出煤，回收煤柱，采掘設備和人員可以互相轉化，采掘設備購置費和維修費低。房柱式開采一般適應煤層埋藏深度小于500m，地壓相對較小；傾角在10°以下，煤層賦存穩定，地質構造簡單；煤層采高0.8～4.0m，頂板堅固密實，底板堅硬；煤層無自然發火等開采條件的煤層。

由于本礦井主要開采的3煤層為中厚～厚煤層，煤層傾角大，埋藏深度在600m～1200m。對比決定采用走向長壁垮落采煤法。采用全部垮落法管理頂板，不考慮留設村莊保護煤柱，開采前地面村莊進行搬遷處理。

2.2 采煤工藝的選擇

3200采區煤層厚度在3.60～6.46m之間，平均厚度4.69m。設計對回采工藝提出三個方案：

方案Ⅰ：綜采分層（金屬網假頂）開采工藝；

方案Ⅱ：綜采放頂煤開采工藝；

方案Ⅲ：一次采全高綜采工藝。

（1）綜采分層開采工藝在1974年開灤礦務局唐山礦試驗成功，分層綜合機械化采煤工藝已在十多個礦務局得到廣泛應用。

（2）我國綜采放頂煤采煤工藝于1982年開始，具有節能、高效，掘進率低，生產成本少，經濟效益好的特點，目前已成為厚及特厚煤層采煤方法的發展方向之一。

（3）一次采全高綜合機械化開采是一種比較成熟且條件適宜時普遍采用的回采工藝。但本礦井3煤層具有煤層埋藏深、傾角大、煤層厚度大、厚度變化大的特點，使用該采煤工藝，存在設備選型難、投資大、液壓支架的防倒防滑難度大、頂板控制難等缺點。

經分析比較，并結合井田初期采區開采技術條件，為更好的統籌礦井其他各采區煤層情況，提高煤炭資源回收率，確定采用一次采全高與分層相結合的采煤工藝，即在采高小于4.0m的區域采用一次采全高綜合機械化開采工藝，在3.6～6.46m區域采用分層綜采采煤工藝。

3 采煤設備選型

陳蠻莊礦3201綜采面位于－895m水平西翼采區，開采深度-650～-1000m，工作面長150m，設計推采長2400m。

根據國內外長壁采煤綜放機械化的發展趨勢，結合本井田初期采區3煤層賦存條件及其它礦的經驗，考慮設備先進性、適應性和經濟性，同時兼顧設備租賃和維修的方便性，工作面裝備ZZ9600/21/42型支撐掩護式液壓支架，ZTZL60000/25/45巷道支架，選MXG-300/700D型雙滾筒無鏈牽引采煤機，SGD-730/320刮板運輸機，采用一次采全高工藝。

4 支架防倒措施

1）工作面支架防倒，關鍵是注重生產過程架間控制，通過熟練操作和嚴格管理，保持合理架間距，及時調整歪斜支架，支架升降范圍不超過側護板2/3，移架時降柱一般不超過200毫米，頂板破碎段必須采用“帶壓擦頂”移架，防止擠架、咬架、倒架。工作面通過調整偽傾斜角度及運輸機推移方向防止刮板輸送機上竄下滑。

2）在工作面下端頭第3、4組支架頂梁及后側連桿部位安設伸縮油缸，通過錨連與第1、2組支架相聯，防止端頭支架傾倒。采用同步絞車防止采煤機下滑。工作面采用偽傾斜布置，下端頭合理超前上端頭，利用支架推移分力防止刮板輸送機下滑。

3）對工作面最下方端頭架采取移架過程中千斤頂防倒措施，防止了支架傾斜，其他支架未安裝防倒裝置。

4）對于大傾角俯斜開采，采取了“臺階推采法”，每個循環均采取在人行道掏底落留的方法，保持工作面平直，防止向煤幫傾斜。

5 結論

傾斜厚煤層、大采高綜采工作面的生產管理難度相對較大，尤其在綜采面采高超過4.5m后，頂板破碎、傾角較大的條件下管理難度會明顯增大，在現有的生產技術條件下，傾斜厚煤層綜采一次采全高工藝，其采高易控制在4.0m以下，對礦井實現高產穩產較有利。

［1] 張榮立．采礦工程設計手冊[S] ．北京:煤炭工業出版社,2001．

［2] 綜采技術手冊[S] ．北京:煤炭工業出版社,2001．