煤層回采方案設計

郝 宇

（山西焦煤集團有限責任公司屯蘭礦，山西 古交 030200）

煤礦工作面的開采方式和所選型設備的生產能力是決定整個工作面開采效率的關鍵。目前，針對煤礦工作面可采用放頂煤開采、大采高一次采全高以及分層開采等多種開采方式。但在實際應用各個開采方式均存在一定的不足[1]。因此，為確保煤礦工作面生產效率達到最佳，需根據工作面實際情況對選擇最佳開采方案。本文將針對某煤礦設計最佳煤層回采方案。

1 工程概述

該煤礦的設計生產能力為120萬t/a；煤礦的最大涌水量為132 m3/h，一般涌水量可達91 m3/h。目前，該煤礦可開采的煤層包括有7號、9號、12號、13號等7個煤層。本文以其中的9號煤層的開采進行研究，其對應的頂底板情況如表1所示。

表1 9號煤層頂底板情況

9號煤層對應的煤層厚度范圍從4.0～6.5 m，其平均煤層厚度為5.5 m；對應煤層傾角范圍為1°～6°，煤層平均傾角為4°。總的來講，9號煤層屬于穩定煤層。除上述地質、煤層以及水文條件外，影響工作面回采的其他因素包括有工作面煤塵的爆炸指數、低溫危害、沖擊低壓危害以及煤的自然傾向性等。此外，9號煤層所屬工作面的兩面為已經采空的區域，需對工作面的圍巖壓力明顯的地段進行強化支護。

2 煤層開采方案的選擇

綜合上文中對9號煤層工作面地質、水文、瓦斯、煤層等條件以及影響回采效率因素分析的結果，9號煤層可選擇分層開采、放頂煤開采以及大采高一次采全高等開采方式。

所謂分層開采指的是將煤層分為兩個分層，并對所分層煤層進行分別開采。分層后采用下行開采順序，將上層開采形成的采空區進行垮落處理，下層在垮落后頂板下開采。在實際應用中，為保證下層開采的安全，需在上層鋪設人工假頂[2]。

所謂放頂煤開采指的是將采煤機的割煤和放煤同時進行，其主要適用于煤層厚度在5～12 m，煤炭普氏系數小于3，煤層埋藏深度大于100 m工作面的開采，尤其是適用于急傾斜特厚煤層的開采[3]。

所謂大采高開采方式適用于煤層厚度在3.5～6.0 m之間，煤層傾角最大不超過18°，煤層頂板較硬工作面的開采[4]。

上述三種開采方式的優劣勢分析如表2所示。

表2 不同開采的優劣勢分析

9號煤層頂板較硬且煤層厚度較小，加之分層開采達到火災隱患較高且對應工作面的掘進成本較高。因此，針對9號煤層開采主要從放頂煤開采和大采高開采兩種方式中進行優選。結合模糊綜合評判理論對放頂煤開采和大采高開采進行定量對比分析，得出如表3所示的結果。

表3 大采高與放頂煤開采方式定量分析 %

分析表3可知，大采高開采方式與放頂煤開相對雖然成本較高且工藝相對復雜，但是大采高開采方式對應的產量、回收率以及采煤效率等幾項關鍵考核指標均優于放頂煤開采方式。因此，針對9號煤層應選用大采高開采方式。

3 9號煤層開采方案的設計

經上文中對不同開采方式優劣勢的綜合比對，確定最佳開采方式為大采高開采方式。本節將對大采高開采下的采煤方案進行設計。

3.1 巷道的布置

結合9號煤層工作面的實際布局情況，將其對應的巷道布置設計為如圖1所示。

圖1 巷道布置設計圖

9號煤層工作面對應的切眼均是沿著煤層底板進行布置的，工作面支護以錨網支護為主。在大采高開采方案下，工作面具體開采方法為傾斜長壁后退式。

3.2 采煤工藝設計

9號煤層工作面的采煤工藝具體描述如下：采煤機朝著機頭或機尾方向推進完成三角煤的截割任務；截割完成后朝著機尾或者機頭的方向推進采煤機完成截割任務；截割后完成液壓支架的推移支護任務，與此同時對刮板輸送機進行推移[5]。

考慮到9號煤層的地質、煤層等條件所設計采煤機的截割深度為0.6 m，采煤機的推進速度不得超過8 m/min。此外，為保證刮板輸送機的使用壽命，在推移刮板輸送機時其對應的彎曲段不得超過20 m。

采煤機、刮板輸送機以及液壓支架為綜采工作面的核心設備，針對9號煤層的所選型三機的具體型號：采煤機：MG 800/2040-WD（1臺）；刮板輸送機SGZ-1000/2×855（1臺）；液壓支架ZY10000/27/56（124組）。

4 結論

煤炭采出率、回收率、生產成本以及安全性等為煤礦企業關注的重點。為保證煤礦工作面高產、高效、安全的生產，需結合工作面的地質、水文、煤層等條件完成對開采方案的優化設計，并根據所選型開采方案對采煤工藝和巷道布置進行詳細設計。本文以9號煤層工作面的開采為例研究，得出如下結論：

1）經對分層開采、大采高開采以及放頂煤開采三種方案優劣勢和適用范圍進行綜合分析，并結合9號煤層的條件，最終選擇大采高開采方案。

2）9號煤層實際開采方法為傾斜長壁后退式開采，采用垮落法對頂板進行管理。