煤礦井下單一巷道放頂煤綜采技術方案研究

郭學亮

（山西鄉寧焦煤集團有限責任公司，山西 臨汾 042100）

0 引言

隨著煤礦井下綜采作業的進行，簡單煤層的開采逐步趨于枯竭，越來越多的急斜煤層開采成為開采的趨勢。由于急斜煤層受煤層傾角和煤層厚度的影響較大，在開采時和傳統的緩斜煤層存在著較大的差異性。目前常用的急斜煤層開采方法主要有王家臣提出的急斜煤層長壁綜放開采技術以及郭忠平提出的急斜煤層聯合開采工藝技術，但在實際應用過程中發現，現有技術仍然存在著開采時通風條件差、回采率低的不足，嚴重限制了煤礦井下綜采效率和經濟性的提升。

本文結合煤礦井下的實際地質情況，提出了一種新的井下單一巷道放頂煤綜采技術方法，其合理的利用了“人”字型的巷道進行輔助通風，同時沿著回采煤層的邊界，設置了2 條采區上山，掘進了一條回采巷道，實現了對急斜煤層的高效率回采。根據實際應用表明，新的綜采技術能夠將回采率提升到88.4%，對提升井下回采率和回采安全性具有十分重要的意義。

1 新型單一巷道放頂煤綜采技術

1.1 巷道概況分析

煤礦井田為東北走向，為典型的急斜煤層礦井，煤層的傾斜角在60°～82°，平均傾角為71°，煤層的平均埋深約為683.7 m，煤層厚度為5.5～6.4 m，平均厚度為6 m。根據井下地質勘探可知，煤層的賦存條件相對簡單，僅有1 個夾矸層，夾矸的平均厚度為0.4 m。巷道的基本頂為粉砂巖，平均厚度為7.7m，巷道的直接頂為泥巖，平均厚度為12.4 m，直接底為泥巖，平均厚度為6 m，基本底為粉砂巖結構，平均厚度為11.6 m。

目前巷道井下采用的是偽傾斜柔性掩護支架綜采技術方案，其整體綜采工藝流程主要是借鑒了緩斜煤層的綜采技術方案，導致在實際使用過程中并不能很好的適應井下的地質條件，煤炭的回采率僅70.2%，而且在綜采作業過程中巷道井下的通風效果比較差，嚴重影響了井下綜采作業的效率和安全性。

1.2 新型放頂煤綜采方案

結合井下綜采面的實際地質情況，提出了一種新的“單一巷道”放頂煤綜采方案[1]，就是在煤礦井下只布置一條回采巷道，然后沿著回采煤層的邊界，設置了2 條采區上山（采區回風上山和采區運輸上山），其中回風上山巷道主要用作物料運輸、通風和人員進出綜采面。同時沿著煤層走向方向并在貼近底板的位置開挖一條回采巷，從而和前面兩條采區上山形成一個完整的開采運輸系統[2]。該新型放頂煤綜采巷道布置結構，如圖1-1 所示。

圖1 巷道布置結構示意圖

綜采面的回采巷道設置在緊鄰底板位置，穩定性相對較好，而且頂煤的回采率也比較高，所設置的巷道截面規格為2 500 mm×4 000 mm，主要用用于物料運輸、通風和人員進出綜采面，該回采巷的布置位置，如圖1-2 所示。

2 “人”型回風巷設置

由于采用了單一巷道掘進方案，因此在獨頭巷道處必須解決其通風不暢的難題，因此結合進行地質條件提出了一種“人”型回風巷結構[3]。在緊鄰回采巷幫留巷，使用型鋼設置出一條“人”形的通風巷，通風巷的規格為600 mm×2 000 mm，在頂部形成一個可以允許一個人通過的空間。回風巷的長度將隨著液壓支架的推移而變化，新鮮的空氣從運輸上山進入到回采巷內，而巷道內的污濁空氣將隨著回風巷進入到回風上山，最終流入到礦井回風系統中，確保了獨頭巷道在綜采作業過程中通風的可靠性，該人”型回風巷結構，如圖2 所示[4]。

圖2 人”型回風巷布置示意圖

3 綜采技術分析

為了滿足單一巷道布置結構，同步對井下綜采工藝進行了優化。沿著煤層厚度方向設置兩個液壓支架，包括一個前架和一個后架，液壓支架間利用液壓油缸連接。前架主要用于支護綜采面前方的頂煤，防止頂煤在礦壓波動下的破碎，后架主要用于放煤。前架和后架之間設置一個刮板輸送機，刮板輸送機后側緊跟著設置一個帶式輸送機，從而形成一個完整的綜采面運輸體系。

為了保證綜采作業過程中的穩定性，在綜采面前方約40 m 的范圍內采用“液壓支架+頂梁+金屬網”的模式進行臨時支護[5]，確保綜采面前方不會出現垮落。綜采面布置結構，如圖3 所示。

圖3 綜采面布置結構示意圖

在整個回采過程中，將其工藝流程分為采煤-落煤-裝煤-運煤四個過程。巷道頂煤在礦壓波動和綜采擾動的作用下逐漸破碎，此時若沒有一個合適的外力作用，頂煤將很難充分垮落，因此在綜采時候采用了松動爆破的方案，確保頂煤的全面破碎和垮落[6]。

在放頂煤時采用了低位放煤工藝，將垮落的煤炭通過放煤小口放出，落到刮板輸送機上，最后再通過輸送帶運出綜采面。在運輸過程中的散落煤炭可以通過裝煤機轉運到刮板輸送機中，其他零星散落的煤炭可以通過人工進行清理[7]。當完成一個循環后再通過調節液壓支架逐步推移。

4 應用情況分析

目前該單一巷道放頂煤綜采技術已經在某礦投入應用，在開采過程中嚴重煤層走向挖掘了一條尺寸為4 000 mm×2 500 mm 的煤巷，然后在緊靠煤層頂板一側的回采巷幫留巷，并用工字鋼圍出一條通風巷。該煤層高度為10 m，利用液壓支架支護的高度為2 500 mm，放頂煤高度為7 500 mm，頂煤的回采率達到了88.4%，極大的提升了煤礦井下的頂煤回采率。同時有效的改善了單一巷道掘進時通風性能差的不足。煤礦井下綜采作業現場，如圖4 所示。

圖4 煤礦井下綜采作業現場圖

5 結論

針對煤礦井下單一厚煤層開采時通風條件差、回采率低的不足，提出了一種新的井下單一巷道放頂煤綜采技術方法。對該工藝技術的應用原理和施工工藝方案進行了細致的分析，根據實際應用表明：

1）單一厚煤層開采技術只有一條回采巷道，具有更小的掘進量、更快的掘進速度和更高的綜采經濟性；

2）利用“人”字型回風巷能夠有效解決獨頭巷道通風安全性差的不足；

3）新的綜采技術能夠將回采率提升到88.4%，極大的改善了開采時的通風條件，具有極大的應用推廣價值。