綜采工作面復雜構造煤層開采方法研究

王 磊

(大同煤礦集團公司云崗礦科，山西 大同 037000)

引 言

隨著我國原煤產量的不斷增加，煤炭開采中復雜構造煤層所占比例逐漸增加，進而對工作面的采煤工藝及安全性提出了更高的要求和挑戰。對于工作面復雜構造煤層而言，尤其工作面的特殊性和復雜性導致其煤層條件變化不規律，進而對煤層工作面的生產管理、開采率等帶來很多問題[1]。因此，應加強對綜采工作面復雜構造煤層開采技術的相關研究，在保證復雜構造煤層開采安全性的同時提高其回采率。

1 工程概況

以同煤某礦某工作面為研究載體，該工作面的走向長度為1 090 m。對不同預應力錨桿支護效應進行對比研究，需全面掌握該工作面頂底板情況。經探測得出，該工作面的頂底板情況，如表1所示。

表1 工作面頂底板情況

根據該礦工作面圍巖的穩定性將其分為四類，分別為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類。其中，Ⅰ類圍巖屬于穩定性圍巖，位于巷道頂板2 m的位置內；Ⅱ類圍巖屬于中等穩定性圍巖，位于巷道頂板2 m～4 m的位置內；Ⅲ類圍巖屬于不穩定圍巖，圍巖巷道頂板4 m～6 m的位置內；Ⅳ類圍巖屬于極不穩定圍巖，位于巷道頂板6 m的范圍之內[2]。本文將主要對該工作面復雜構造煤層巷道的布置方式、回采工藝及采煤方法的選擇進行研究。

經探測，該工作面煤層的總體走向為40°～60°，傾角范圍為38°～63°；煤層工作面的走向長度為260 m，其中包括傾斜工作面的走向長度為174 m，煤層平均厚度為2.63 m。總的來說，該工作面煤層屬于大傾角、構造復雜的煤層。

2 掘進巷道布置及開采方式的選擇

2.1 掘進巷道布置方式的選擇

合理的巷道布置方式能夠為工作面巷道支護和采煤效率的發揮起到事半功倍的效果。針對巷道的布置，應在結合工作面現場地質、煤層以及水文等條件的基礎上，本著最經濟的原則開展。針對同煤某礦某工作面煤層構造的復雜性，就掘進巷道而言可選擇掘巖石水平大巷和在煤層中掘水平大巷。兩種掘進巷道布置的優劣性對比如下:

巖石大巷能夠適應復雜構造煤層的變化，可保證巷道直線距離最長，提高巷道的運輸效率，有效預防火災等事故的發生。此外，巖石大巷還能夠設置煤倉。但是，巖石大巷的掘進對設備要求較高且掘進效率低，需排放出大量的煤矸石存在污染環境的風險[3]。

煤層大巷具有掘進效率高，尤其是對于復雜構造煤層而言該布置方式能夠探明工作面的地質以及煤層存儲情況，對后續煤層的開采可提高其產量。此外，煤層大巷前期投入成本較低，可在短時間內達到效果，且不要排放出矸石不會對環境造成污染。但是，煤層大巷在后期的維護費用較高且其靈活性較差。

綜上所述，鑒于該工作面的地質條件復雜，煤層頂板比較軟弱容易破碎且巷道內地應力較大，結合煤層大巷和巖石大巷的優劣勢對比結果，最終選在該工作面采用巖石水平大巷的布置方式。

2.2 開采方式的選擇

鑒于同煤某礦工作面煤層傾角較大且構造復雜，針對此種煤層特點可選用的開采方式如下：偽斜柔性掩護支架采煤法、斜坡陷落采煤法、俯偽斜走長壁分段密集采煤法、斜臺階采煤法、長空爆破采煤法等。雖然，可應用于復雜構造、大傾角煤層的開采方法較多，但是各種采煤方法均有其一定的局限性[4]。目前，對于大傾角、煤層厚度變化不規則的工作面，為保證采煤方法對工作面地質條件具有較好的適用性，常采用偽斜柔性掩護支架采煤法，其對應的布置情況，如圖1所示。

圖1 偽斜柔性掩護支架布置圖

為進一步保證復雜構造煤層生產的安全性和回采率，針對該工作面的地質條件選擇偽斜柔性掩護支架采煤法，具體涉及到的液壓支架為：“八”字型掩護支架與單體液壓支柱相結合的采煤方式。

3 回采巷道與回采方式的選擇

3.1 回采巷道的布置

結合該工作面地質、煤層條件的結果，為簡化生產系統提高工作面煤炭的產煤率、安全性和生產效率，該工作面采用偽斜上山工作面分段出煤的布置方式，對應的巷道布置剖面圖，如圖2所示。

如圖2所示，工作面及其斜坡采用煤炭自溜的方式運煤，途徑西二坡、東一坡等運出。在上述巷道布置的基礎上，其中涉及到三項主要工作包括有：在工作面的上方不斷接長掩護支架，在工作面的下方拆卸掩護支架，在掩護支架的作用下完成采煤任務。

圖2 31303工作面巷道布置剖面圖

3.2 回采工藝的設計

工作面主要采用放炮落煤的方式對進行開采，根據工作面的現場情況分別將炮眼劃分為：工作面底部端炮眼、中部刷幫眼以及上部刷幫眼[5]。具體設計如下：

1)工作面底部端炮眼的臺階高度應小于1.2 m，炮眼數量應控制在3個～4個為最佳，并保證炮眼之間的間距范圍控制在400 mm～600 mm。而且，在每個炮眼中填裝炸藥的數量不超過3條；

2)根據工作面的條件將刷幫炮眼布置為上下兩排(即為中部刷幫炮眼和上部刷幫炮眼)。其中，上部刷幫炮眼距離支架上肢的距離為0.4 m，且保證每個炮眼的間距為0.5 m；中部刷幫炮眼的間距為0.8 m，上排與下排炮眼的間距為0.8 m。

根據生產要求，工作面炮眼的響炮順序依次為：中部刷幫炮-上部刷幫炮-底部端炮。各炮眼的關鍵參數，如表2所示。

表2 工作面炮眼關鍵參數

4 結語

對于工作面構造復雜的煤層而言，常規開采方式存在支護管理難度大、回采率低的問題。為此，本文以同煤某礦某工作面對其復雜構造煤層的開采方法進行研究，具體總結如下：

1)為該工作面掘進巷道選用巖石水平大巷的布置方式，回采巷道偽斜上山工作面分段出煤的布置方式；

2)針對該工作面，在對其地質、煤層等條件分析的基礎上得出其為大傾角、構造復雜的煤層，為其選擇“八”字型掩護支架與單體液壓支柱相結合的偽斜柔性掩護支架采煤法；采用放炮落煤的回采工藝，并根據現場條件設計工作面底部端炮眼、中部刷幫眼以及上部刷幫眼的三種炮眼。