中厚煤層一次采全高回采工藝的改進與驗算

摘 要：一次采全高工藝作為中厚煤層常采用的采煤工藝，為進一步提高該采煤工藝下的回采率，本文在分析原有回采工藝缺陷的基礎上提出了走向長壁式回采工藝，分析該工藝下的支護安全系數是否滿足要求，并對原有采后管理進行了優化分析。

關鍵詞：中厚煤層;回采;支護;校核;采后管理

1 煤層情況簡介

本文所研究的煤層厚度為1.2-1.6m，傾角為45°-55°。該煤層的底板和頂板分別為細砂巖和粉砂巖，其中細砂巖的厚度為4.7m，粉砂巖的厚度為11m[1]。經分析，該煤層在開采過程中未出現明顯的周期壓力和初次壓力礦壓等。

2 回采工藝的改進方案

針對該煤層的厚度、傾角以及頂板和地板的情況分析，該煤層采用一次全采高的開采方式，為了提高煤炭的開采率先后采用了倉儲式、倒臺階式等回采方式[2]。為了進一步提高煤層的回采效率，本文結合頂板和頂板的提出了走向長臂后退式回采工藝，具體方案說明如下：

（1）回采工藝的支護方案設計：針對該煤層的特點，工作面所采用的支護方式為單體液壓支柱的3排6柱的支護方式，且每排支柱的相距1.2m，每根支柱相距0.8m。結合煤層的傾角范圍，支護朝向采空區傾斜2°-3°。

（2）綜采工作面的防護方案設計：由于該煤層的傾角較大，存在有片幫煤及偽頂下落的情況發生，容易造成人員傷亡。故，在回采過程中將綜采工作面的煤層的仰角開采為8°-10°。將每排支護設備采用9.3的鋼絲繩連接，防止支護設備失效下竄。

（3）擋煤板的設計：由于該煤層的傾角較大，煤炭由于打炮的原因容易落入采空區。故，在第三排支柱上用廢舊的皮帶做成一道擋煤板，防止煤炭落入采空區，從而提高了綜采工作面煤炭的回收效率。

3 支護方式的可行性驗算

3.1 頂板壓力的計算

針對本文所提出了回采工藝，綜采工作面所采用的支護方式為3排6柱的單體液壓支架支護，且該液壓支柱的型號為DE-1.6型。

（1）頂板一次冒落高度分析

頂板一次冒落由式（1）計算所得：

其中，H為頂板一次冒落的高度值;M為煤層厚度，由于該煤層采用一次全采高工藝，故M即為采高，M=1.45m;為巖石初始碎漲系數，取=1.35。上述數據代入式（1）可得：H=4.14m。

（2）頂板壓力分析

頂板壓力由式（2）計算可得：

其中，H為頂板一次冒落的高度，取H=4.14m;L為該煤層綜采工作面的傾斜長度，取L=100m;為綜采工作面的最大控頂距，取=4.4m;r為該煤層頂板巖石的容重，取r=。將上述數據代入式（2）可得，頂板壓力P=5920.2t

（3）單位工作面壓力分析

單位綜采工作面壓力由式（3）計算可得：

其中，為單位綜采工作面的壓力值;P為綜采工作面的頂板壓力值，P=5920.2t;S為綜采工作面的支護總面積，經計算S=440。將上述數據代入式（3）得，

3.2 支護安全系數校核

綜采工作面中人行道的每排支柱相距1.2m，工作面傾斜每根支柱相距0.8m。此外，靠近采空區的支柱的傾斜角度為2-3°，靠近人行道的傾斜角度為3-5°，每個支柱上方的頂帽規格為。

（1）每根支柱承受力分析

每根支柱的承受力計算由式（4）計算可得：

其中，為每根支柱的承受力;為該綜采工作面頂板壓力，P=5920.2t;Z為綜采工作面支柱個數，經統計Z=756根。經上述數據代入式（4）得：=t/根。

（2）工作面支護密度分析

工作面支護密度計算由式（5）計算可得：

其中，為綜采工作面的支護密度;Z為綜采工作面支柱個數，經統計Z=756根;S為綜采工作面的支護總面積，經計算S=440。經上述數據代入式（5）可得：W=1.72根/m2

（3）安全系數校核

安全系數由式（6）計算可得：

其中，為安全系數;為每根支柱的承受力。經計算可得，K=2.78滿足綜采工作面的安全基本系數2.5[3]。

經計算可知：本文所提出的走向長壁式回采工藝的支護方案滿足正常開采時的支護要求。

4 采后管理的完善

4.1 原采后管理的缺點及難點分析

基于原有采煤工藝的基礎上，原采后采用的煤垛留巷。但是，由于工作面的煤層相對較為松軟，且煤層存在有層節里發育的情況。經分析，與該煤層相適應的護巷煤柱的尺寸為，其中沿工作面走向的長度為5m，傾斜方向的長度為8m。但是，在實際實施過程中每沿工作面推進5m，還需開山眼，且其工序相對復雜，無形中增加了煤炭的損失，進而降低了煤炭的回采率。

4.2 采后管理改進方案

為了有效解決4.1中所述的問題，在掘進采煤順槽巷時，在原有支護方式的基礎上，再采用錨索掛網和鋼帶對其支護。具體操作方案為：在巷道的頂板和底板各安裝一顆錨索，并在煤壁上方掛網。并將金屬網通過錨索和鋼帶固定在煤壁上，以保證煤壁不受放炮震動及風化等原因的影響而出現脫落的現象。經分析，基于上述加強支護的方式，使得原有巷道的留用效果得到了有效的改善。

5 總結

為減少煤炭在開采過程中的浪費，在實際開采中常采用回采工藝解決上述問題。本文所提出的走向長臂式回采工藝從提高回采率、加強支護能力，提高工作面安全系數等方面解決了原回采工藝的缺陷。此外，在掘進采煤順槽巷時采用錨索和鋼帶在煤壁上方掛網的方式也大大改善了有巷道的留用效果，為提高煤炭回采效率，減少煤炭的浪費具有一定的意義。

參考文獻

[1]勾攀峰，侯朝炯.回采巷道錨桿支護頂板穩定性分析[J].煤炭學報，1999（5）：466-470.

[2]楊雙鎖.煤礦回采巷道圍巖控制理論探討[J].煤炭學報，2010，35（11）：1842-1853.

[3]歐陽化兵.河臺金礦礦柱回采方法的改進[J].黃金，2002，23（2）：22-25.

作者簡介：

李彥龍（1989.1—），男，2009年畢業于山西煤炭管理干部學院，助理工程師，研究方向：采煤工程。