辛置煤礦末采回收巷優(yōu)化設(shè)計方案

劉修文

(霍州煤電集團有限責(zé)任公司辛置煤礦，山西 霍州 031412)

辛置煤礦位于山西省南部臨汾市北緣，是霍州煤電集團的一對主力生產(chǎn)礦井，始建于1956年，現(xiàn)核定生產(chǎn)能力250萬t/年。該礦井分為東區(qū)和南區(qū)兩個獨立生產(chǎn)系統(tǒng)，東區(qū)主采太原組10#煤，南區(qū)主采山西組2#煤。

目前，礦井東區(qū)回采順槽巷道基本沿10#煤層頂板布置，為充分利用K2灰?guī)r頂板的穩(wěn)定性，對末采回收巷進行改進，改變現(xiàn)在使用的回收巷為刷擴、鋪網(wǎng)、打錨桿的方式，在末采期間使用“爬坡”的方法，末采結(jié)束后回收巷道頂板為K2灰?guī)r。因此，回采順槽巷道布置方式為：先沿K2灰?guī)r頂板掘進至停采線位置，頂部不支護，幫部采用錨網(wǎng)支護;然后平掘10 m，再按8°下山穿越巖層掘進，見到10#煤頂板后，改為沿10#煤頂板掘進，巷道采用11#工字鋼架棚支護。巷道布置剖面圖見圖1。

圖1 巷道布置剖面圖

1 科學(xué)論證

9#煤與10#煤的層位關(guān)系見圖2。

圖2 9#煤與10#煤的層位關(guān)系圖

該礦目前使用的回收巷為工作面推進到距停采線剩余2．4 m(剩4個循環(huán)時)，采煤機割煤后，停止移架，沿頂板打1排錨桿，之后每個循環(huán)只移溜割煤，不移架，在頂板上共打4排錨桿，并在支架頂梁前端0．3 m處布置1排錨索，在第二排和第三排錨桿中間布置1排錨索，共計2排錨索。停采后在回采機尾處擴三角區(qū)，沿工作面長3 m，沿順槽寬2 m，從而留出足夠空間以便回撤設(shè)備。

現(xiàn)改為末采回收巷使用“爬坡”的方法進入到K2灰?guī)r頂板下方，順利回撤設(shè)備。按照該礦目前使用的采煤機組的爬坡能力，10°以下的坡度機組完全能夠適應(yīng)正常生產(chǎn)。由于K2灰?guī)r頂板的厚度在8．5～12m，屬于相對穩(wěn)定的單一巖層，因此，按簡支梁模式計算極限跨落控距如下：

式中：

L—極限跨距;

h—K2 灰?guī)r頂板厚度，m，取8．5;

R—極限抗拉強度，MPa，取10．5。

式中：

Qx—上覆巖層的載荷;

r—K2 灰?guī)r容重，kg/m3，取 2．4 ×103。

因此，只考慮2層上覆巖層的載荷對頂板的影響。

完全滿足末采回收巷最寬處，即三角區(qū)的控頂寬度。

2 經(jīng)濟效益

原設(shè)計中當(dāng)工作面推進到距停采線10．2 m時(剩余17個循環(huán))，采煤機割煤后從機尾到機頭鋪設(shè)4道菱形金屬網(wǎng)(規(guī)格10 m×0．9 m)，以后每個循環(huán)鋪1道菱形金屬網(wǎng)，距停采線7．8 m時(剩余13個循環(huán))，割煤鋪網(wǎng)后沿工作面方向在第五道網(wǎng)中間掛聯(lián)1道鋼絲繩(d22 mm)，以后每個循環(huán)聯(lián)1道鋼絲繩，共鋪聯(lián)9道鋼絲繩，工作面推進到距停采線2．4 m時(剩余4個循環(huán))，采煤機割煤后，停止移架，沿頂板打1排錨桿(d18 mm×2 000 mm左旋錨桿，排間距600 mm×1 000 mm)，每3根錨桿配合1根2．0 m桁架，之后每個循環(huán)只移溜割煤、不移架，在頂板上共打4排錨桿;在支架頂梁前端0．3 m處布置1排錨索(d17．8 mm ×4 500 mm，排間距 1 200 mm ×3 000 mm)，在第二排和第三排錨桿中間布置1排錨索，共計2排錨索。推至停采位置后在煤幫打2排幫錨桿(d14．6 mm×1 600 mm普通錨桿，排間距900 mm×1 000 mm，每2根錨桿配合1根2．0m桁架)，如頂板壓力較大或頂板破碎時，錨桿排間距相應(yīng)縮小，且應(yīng)在停采線靠煤壁側(cè)加打貼幫柱。

頂板良好時末采期間所用支護材料統(tǒng)計如下(假定工作面切巷長度為210 m)：鋼絲繩長度：l=9×210=1 890 m頂錨桿數(shù)量：n=(210÷1)+7=217錨索長度：m=(210÷3)×2×4．5=633 m桁架長度：k=(210÷3)×2=140 m幫錨桿數(shù)量：q=(210÷1)×2=420

末采期間采用“爬坡”方法尋找K2頂板，整個過程采煤機組是在液壓支架的保護下前進，但在切割泥巖、砂紙泥巖夾層時對采煤機截齒造成了損壞，相比之下節(jié)省了末采回收巷的支護材料。

3 工期

按采煤機正常情況下割煤計算末采17個循環(huán)所用時間A計算如下(假定工作面寬度210 m，采煤機割煤速度4 m/min，采用端部進刀割三角煤方式進刀)，每循環(huán)所用時間：

式中：

a—工作面切巷長度，m，取210;

b—返刀長度，m取45;

c—割煤速度，m/min，取 4;

d—移機頭、機尾、轉(zhuǎn)載機時間，min，取60。

按四六制組織正規(guī)循環(huán)生產(chǎn)(即3班生產(chǎn)、1班檢修)計算，每班循環(huán)次數(shù)：

C=(360－f)÷B循環(huán)=(360－30)÷135=2．45

式中：

f—交接班時間，取每班2個工作循環(huán)，每天6個循環(huán)。

所以，末采所用時間為A=2．84天。

按鋪網(wǎng)、打錨桿的方式實施末采，17個循環(huán)所用時間D計算如下(假定前13個循環(huán)鋪網(wǎng)、掛繩工序在采煤時完成)：

D=(13 ÷6)+E后4個循環(huán)時間

后4個循環(huán)需要移溜割煤、打錨桿、打錨索，按照辛置礦現(xiàn)場操作時間統(tǒng)計，2排幫錨需施工1天，2排頂錨桿、錨索需施工2 天，因此，E后4個循環(huán)時間=3 天。

D=(13 ÷6)+E后4個循環(huán)時間=2．17+3=5．17 天

施工三角區(qū)時，沿K2頂板刷擴，頂板不須支護，只須施工幫錨桿。在K2頂板下回撤支架每天可順利回撤15架(210 m長的工作面需140架支架)，耗時9．34天;在原回收巷下每天只可回撤10架，耗時14天，兩方案相比前者節(jié)省4．64天。

所以，優(yōu)化設(shè)計方案的末采回收巷施工工期是原方案工期的54．93%，回撤工期是原方案工期的66．71%，總共為下一個工作面的安裝提前了6．97天的時間。

4 推廣價值

辛置礦東區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)10#煤末采期間普遍采用刷擴、鋪網(wǎng)、打錨桿的方式，該優(yōu)化方案井下工業(yè)性試驗成功后，大大縮短末采工期，節(jié)約了大量支護材料，相應(yīng)提高末采期間的安全性。為后期完全在K2頂板下布置回采巷道積累經(jīng)驗，“爬坡”過程完成后，可根據(jù)地質(zhì)條件適當(dāng)推后停采線，使機組沿K2灰?guī)r頂板在9#煤中向前推進一段距離，期間可重點收集9#煤的各項回采參數(shù)及開采9#煤對底板(即10#煤頂板)及周圍巷道以及地表壓煤村莊的影響。

霍州煤電集團干河礦、三交河礦、曹村礦、回坡底礦都存在近距離煤層開采問題，9#煤雖然是薄煤層(平均厚度0．85 m)，但結(jié)構(gòu)簡單、賦存穩(wěn)定，煤質(zhì)好、無夾矸、低硫、高發(fā)熱量，開采效益好。各礦可根據(jù)各自的地質(zhì)條件，合理選擇巷道設(shè)計參數(shù)，首先優(yōu)化末采回收巷，進而推廣到改進順槽、切巷，做到充分利用K2灰?guī)r頂板的穩(wěn)定性，實現(xiàn)礦井效益最大化。

此外，該優(yōu)化方案同樣可以推廣到其它地區(qū)，類似地質(zhì)條件的礦井中，用于探索近距離煤層的分層聯(lián)合開采。

5 結(jié)語

對末采回收巷進行改進，是立足于辛置礦多年來利用K2灰?guī)r頂板設(shè)計主要巷道的經(jīng)驗，由于工作面回采過程中回收巷鋪網(wǎng)、打錨桿工藝繁瑣，在采煤機械能夠適應(yīng)現(xiàn)有地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，改進巷道設(shè)計，優(yōu)化末采方法，提高安全系數(shù)，快速實現(xiàn)工作面搬家的好方法。在末采期間使用“爬坡”的方法，減少了鋪網(wǎng)、打錨桿的工藝，提高了工作效率和安全性能，減少了煤柱留設(shè)和支撐壓力，增加了煤炭的回收率，并為后一階段探索礦井東區(qū)的9#+10#煤聯(lián)合開采積累經(jīng)驗。

［1］ 陳炎光，陸士良．中國煤礦巷道圍巖控制［M］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994：129－131．

［2］ 錢鳴高，石平五．礦山壓力與巖層控制［M］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003：156－160．