綜采工作面開(kāi)采方案與回采工藝的選擇

張慶林

（山西焦煤西山煤電西銘礦，山西 太原 030000）

0 引言

煤炭開(kāi)采屬于一項(xiàng)復(fù)雜且綜合性的工程，對(duì)于不同的煤層，由于其地質(zhì)條件、煤層條件以及瓦斯等條件存在差異性，需采用合適的開(kāi)采方案和回采工藝才能夠達(dá)到預(yù)期的開(kāi)采效果。對(duì)于綜采工作面煤層而言，由于其開(kāi)采條件與其他普通煤層的存在明顯的差異，在實(shí)際開(kāi)采中存在礦壓現(xiàn)象劇烈、頂板管理困難、單產(chǎn)率低等問(wèn)題[1]。本文將結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)對(duì)綜采工作面煤層的開(kāi)采方案和回采工藝進(jìn)行優(yōu)化選擇。

1 工程概況

102#的煤層處于綜采工作面的煤層。經(jīng)探測(cè)，該煤層的厚度為21.42～25.36 m，其中可開(kāi)采煤層的厚度為19.8～23.5 m 之間，煤層平均厚度為14.53 m。該綜采工作面煤層結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，其中夾雜有2～10 層的煤矸石；而且煤層硬度相對(duì)較小，屬于松軟性煤層，硬度系數(shù)最大為1。102#煤層的地質(zhì)條件，如表1 所示。

表1 102#綜采工作面煤層地質(zhì)條件

102#綜采工作面煤層瓦斯的最大相對(duì)涌出量為10.17 m3/t；經(jīng)核算，整個(gè)煤層的瓦斯儲(chǔ)量可達(dá)2 696×104m3。該煤層老頂屬于整個(gè)礦井的第二含水層，底板屬于整個(gè)礦井的第二含水層，在實(shí)際生產(chǎn)中最大涌出量為5 m3/h。

2 綜采工作面煤層開(kāi)采方案的設(shè)計(jì)與選擇

2.1 開(kāi)采方案的選擇

結(jié)合102# 綜采工作面煤層周圍煤層的開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)此煤層擬采用綜采放頂開(kāi)采方案或滑移支架放頂煤開(kāi)采方案；這兩種開(kāi)采方案的優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比如下：

對(duì)于102#綜采工作面煤層而言，根據(jù)其礦壓現(xiàn)象規(guī)律，采用綜采放頂煤采煤時(shí)所配套的支承掩護(hù)式放頂煤支架從技術(shù)和管理層面是可行的；同時(shí)，該煤層工作面的走向長(zhǎng)度為150 m，在頂板管理方面也相對(duì)簡(jiǎn)單。

當(dāng)采用滑移支架放頂煤開(kāi)采方案時(shí)，其主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)于短壁工作面且煤層硬度系數(shù)屬于中硬等級(jí)的工作面；針對(duì)102#綜采工作面相對(duì)較軟的煤層而言，采用滑移支架時(shí)存在如下問(wèn)題：滑移支架在頂板支護(hù)面積較小且無(wú)底座，容易導(dǎo)致頂板被破壞，底板被鉆通；當(dāng)滑移支架應(yīng)用于大于150 m 走向長(zhǎng)度的工作面時(shí)，對(duì)應(yīng)工作面頂板管理相對(duì)較難。

綜上所述，針對(duì)102#綜采工作面煤層的開(kāi)采應(yīng)采用綜采放頂煤開(kāi)采工藝[2]。

2.2 巷道布置方案的選擇

由于102# 綜采工作面煤層中存在夾矸石的條件，對(duì)應(yīng)開(kāi)采期間的巷道布置提出如下兩種方案：

方案一：將綜采工作面的兩道布置在煤層中含矸層的上方，即將含矸層視為工作面的底板；同時(shí)，保證工作面底板與含矸層之間預(yù)留平均厚度為2 m 的底煤。此方案對(duì)應(yīng)可開(kāi)采煤層的厚度為16～17 m。

方案二：將綜采工作面的兩道布置在煤層中含矸層的下方，對(duì)應(yīng)工作面底板為102#綜采工作面煤層的底板。

綜合對(duì)比上述兩種巷道布置方案，采用方案一開(kāi)采時(shí)不會(huì)受到含矸層的影響，而采用方案二開(kāi)采時(shí)含矸層會(huì)影響放頂煤的效果。因此，采用方案一對(duì)綜采工作面的兩道進(jìn)行布置[3-4]。

2.3 關(guān)鍵設(shè)備的選型

結(jié)合“2.1”和“2.2”的分析結(jié)果，確定采用支撐掩護(hù)式放頂煤支架開(kāi)展綜合放煤頂煤開(kāi)采方案對(duì)102#綜采工作面煤層的開(kāi)采。因此，選用合理且最佳液壓支架尤為重要。本工程所采用液壓支架的具體型號(hào)為ZFS3600/17/28，具體配套數(shù)量，如表2 所示。

上述液壓支架的工作阻力為2 600 kN，初撐力為2 544 kN，移架力為503 kN。此外，與液壓支架相配套其他核心設(shè)備的選型結(jié)果，如表3 所示。

3 綜采工作面煤層回采工藝的設(shè)計(jì)

結(jié)合102#綜采工作面煤層的地質(zhì)、煤層以及水文條件，并參照相鄰煤層的回采工藝重點(diǎn)對(duì)回采率、放煤步距、生產(chǎn)能力、回采工藝以及支護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 回采率、放煤步距以及生產(chǎn)能力的設(shè)計(jì)

參照與102#綜采工作面煤層周邊103#和105#煤層的綜采放煤經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，將該工作面煤層的回采率設(shè)計(jì)為83%。

同理，參照103#、105#煤層的放煤情況，確定該工作面的放煤步距為1.2 m，采用“兩采一放”的開(kāi)采工藝進(jìn)行開(kāi)采。根據(jù)所選型關(guān)鍵設(shè)備的生產(chǎn)能力，工作面每天可推進(jìn)2.4 m，每個(gè)月按照28d 工作計(jì)算，則該工作面每年的生產(chǎn)能力可達(dá)140.56 萬(wàn)t。

3.2 回采工藝的設(shè)計(jì)

根據(jù)表3 中所選型的綜采設(shè)備，并同樣參照103和105#煤層的開(kāi)采工藝；針對(duì)102#綜采工作面煤層的回采工藝如下：采煤先上行對(duì)煤層截割-液壓支架完成移架操作-采煤機(jī)下行完成裝煤-移下段30 m前部溜子-截割三角煤-移上段前溜-完成放頂煤操作-對(duì)浮煤進(jìn)行清理[5]。

3.3 支護(hù)設(shè)計(jì)

針對(duì)102#綜采工作面煤層的地質(zhì)條件，最終確定的支護(hù)方案如下：

頂板每排布置錨桿的數(shù)量為10 根，頂板錨桿的間排距為900 mm×900 mm；兩幫每排布置錨桿的數(shù)量為3 根，兩幫錨桿的間排距為1 200 mm×900 mm；錨索采用3-4-3 進(jìn)行布置，錨索間排距為2 000 mm×1 800 mm。

4 總結(jié)

根據(jù)102#綜采工作面煤層、地質(zhì)等條件設(shè)計(jì)的開(kāi)采方案和回采工藝應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)其實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析，主要從經(jīng)濟(jì)和效益兩方面進(jìn)行綜合評(píng)估。

采用上述所設(shè)計(jì)的開(kāi)采方案與傳統(tǒng)開(kāi)采方案相比可以減少現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的一次回撤和安裝此處，總共可節(jié)約費(fèi)用223.5 萬(wàn)元；同時(shí)，對(duì)綜采工作面煤層的開(kāi)采極大的提升了煤層的開(kāi)采率，按照65%的回收率計(jì)算，該工作面的開(kāi)采煤炭資源約2 530.45 萬(wàn)t，最終可直接收益約27 億元。

從社會(huì)效益來(lái)看，綜采放煤頂煤開(kāi)采方案在綜采工作面煤層的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)開(kāi)采方案所引發(fā)的礦壓顯現(xiàn)明顯、頂板管理困難、單產(chǎn)率低等問(wèn)題。