薄煤層滑鋸式機械化開采工程實踐

劉永青

（山西陽泉盂縣辰通煤業有限公司，山西 陽泉 045100）

引言

目前，煤炭在推動我國國民經濟的增長上扮演重要角色，而且煤炭在未來很長一段時間內依然會占據我國能源結構的主導地位。由于開采前期受開采技術和開采設備的制約，薄煤層和極薄煤層的開采效率低，有時甚至會放棄開采，從而造成能源的嚴重浪費。隨著煤炭開采技術的進步和國外先進開采設備的引入，薄煤層和極薄煤層的開采逐步成為現實[1]。但由于對薄煤層和極薄煤層的開采缺乏經驗，如何在提高煤炭開采率的同時確保工作面安全是當前急需解決的問題。為此，本文針對性地提出了滑鋸式開采技術，以在薄煤層、極薄煤層開采中得到更好的應用。

1 工程概況

敘永煤礦為山西陽泉盂縣辰通煤業有限公司最新投入生產的礦井，該礦剖面示意圖如圖1所示。經探測，該煤礦可供開采的煤層數量為4層，煤層總厚度為5.15 m，其中可開采煤層的厚度為3.37 m，并將該煤礦可供開采的煤層分別編號為C19、C20、C24和C25。C19煤層的平均厚度為0.9 m，C20煤層的平均厚度為3.29 m，C24煤層的平均厚度為1.06 m，C25煤層的平均厚度為0.60 m。

圖1 敘永煤礦剖面示意圖

經對各煤層的瓦斯涌水量進行探測可知：C19、C20以及C24屬于瓦斯突出煤層，而C25煤層不存在瓦斯突出的風險。目前，已獲批的開采煤層編號為C19、C20和C24。

1.1 開采條件

1）工作面的掘進采用放炮進行掘進，并采用絞車提升系統對工作面的矸石進行處理；

2）工作面采用單體液壓支柱對頂板進行支護；

3）工作面采用中央并列式的通風方式，所選型的通風機的具體型號為BD-Ⅱ-6-No.16，通風機數量為兩臺，一臺使用，一臺備用[2]。

1.2 開采中存在的主要問題

1）當前該煤礦采用綜合機械化開采方式，其所得煤質的質量較差，其中的含矸率較高；

2）在實際開采中，C19煤層作為保護層其對應的瓦斯突出風險較高；

3）由于當前開采技術及工藝的局限性，C25煤層的煤層厚度變化較大目前處于放棄開采的狀態，造成煤炭資源極大的浪費；

4）在實際開采中無法實現對機巷的沿空護巷，導致階段煤柱的壓力較大，存在極大的風險。

2 滑鋸式開采方法研究

為解決薄煤層開采時煤質較差、支護困難、瓦斯突出風險較高以及煤炭資源浪費較大的問題，本文以敘永煤礦的23采區為例展開研究，分析滑鋸式機械化開采方法在該采區的應用。

一般情況下，滑鋸式機械化開采方法對應工作面及巷道的布置與綜合機械化開采和普采對應的布置方式大同小異，主要區別在于滑鋸式開采方法可根據薄煤層開采的特點對工作面及巷道的布置進行優化[3]。

2.1 巷道的優化布置

針對敘永煤礦煤層較薄的特點，基于煤柱開采技術的“110”工法對巷道的通風方式進行布置，并采用“1進2回”的通風方式。此種布置方式可有效解決工作面上隅角瓦斯聚集的問題，對于解決瓦斯超限問題具有重要意義。

根據各個煤層特點，C24和C25兩個工作面為首采工作面，C19和C20為后續開采工作面。整個煤礦共設計有4條上山運輸巷道，包括對材料、煤炭、人員以及專用設備的運輸。

2.2 工作面的優化布置

工作面可采用走向和傾斜兩種布置方式[4]。針對薄煤層滑鋸式開采工藝對應的工作面布置需遵循如下原則：

1）機巷和風巷的施工必須沿著工作面頂板或底板的中線開始施工，并確保綜采工作面設備的下煤高度不得小于0.5 m，不得大于1 m；

2）確保現場傾斜工作面的長度小于150 m，走向工作面越長越好；

3）工作面的布置應確保機巷和風巷盡可能的保持平行，若無法實現兩巷的平行施工，應確保兩巷的間距不小于60 m；

4）為保證實際開采時工作面的排水和通風效果，采取上行開采的順序進行生產。

綜上所述，結合敘永煤礦薄煤層工作面的特點，該煤礦采用煤層走向的方式對工作面進行布置，對應傾斜工作面的長度設計為140 m，走向工作面的長度為800 m，其對應的整體布置方式如圖2所示。

圖2 工作面布置方式

2.3 滑鋸式機械化開采工藝

滑鋸式機械化開采工藝的核心為滑鋸采煤機，滑鋸采煤機以刮板機（SGZ630/320-LT）為軌道行走，采用液壓自移支座（ZY3400/4.5/12）對工作面頂板進行支護，采用型號為DSJ100/40/2的帶式輸送機對煤炭進行運輸。工作面采取四六工作制，其中一班負責檢修其余三班負責生產，一班生產工作面共完成5刀截割任務，每天工作面推進6 m。

2.4 滑鋸式機械化開采頂板管理

為解決薄煤層工作面支護困難的問題，本節重點針對敘永煤礦的地質條件和礦壓顯現規律對其巷道進行支護設計[5]。根據敘永煤礦不同的巷道采取不同的支護方案。

2.4.1 大巷的支護敘永煤礦的大巷為三心拱斷面，該巷道斷面的寬度為4.5 m，高度為3.5 m。對大巷采用噴漿支護的方案，對應噴漿厚度為50 mm。

2.4.2 準備巷的支護

準備巷道指的是敘永煤礦的四條上山運輸巷道，巷道斷面為拱形斷面，同樣采用噴漿支護方式，對應的噴漿厚度為50 mm。

2.4.3 機巷和風巷的支護

機巷和風巷在錨桿與錨索聯合支護的基礎上采用噴漿支護的方式進行加固。具體支護方案為：頂錨桿直徑為20 mm，長度為2 400 mm，錨桿間距為1 000 mm，錨桿排間距為1 000 mm；幫錨桿的直徑為20 mm，長度為2 000 mm，錨桿間距為1 000 mm，錨桿排間距為1 000 mm，幫錨桿僅對沿空側和生產幫側進行布置；頂板錨索的直徑為21.6 mm，長度為6 000 mm，錨索間距為1 500 mm，錨索排間距為2 000 mm。頂錨桿和幫錨桿的預應力不小于5 t，頂板錨索的預應力控制在6~8 t。

在上述錨桿錨索支護的基礎上噴漿50 mm對其進行加固支護，最后配置規格為50 mm×50 mm的金屬鐵絲網進行深入加固支護。敘永煤礦開采時均采用了噴漿的加固支護，對應的施工工藝如圖3所示。

圖3 巷道噴漿施工工藝流程

如圖3所示，在地面完成混料的制備后運送至輸送機組的后方，并在工作面混凝土攪拌站加水將其與混料均勻混合，然后將所得的混凝土運輸至柔性模板內，最后完成噴漿操作。

3 結語

一直以來，煤炭開采主要集中于對厚煤層、中煤層的開采，由于受開采工藝和開采設備的影響，薄煤層、極薄煤層的開采效率一直很低。因此，應運用以滑鋸式采煤機為核心的機械化開采工藝，對工作面及巷道的優化布置來解決瓦斯突出的問題，采用錨桿+錨索+噴漿+金屬網的聯合支護手段來解決支護困難的問題，采用滑鋸式采煤機取代傳統采煤機，提升了煤炭的質量和回采率，以解決薄煤層開采時遇到的煤質差、煤炭浪費率高、支護困難和瓦斯突出的問題。