采煤方法選擇及工作面頂板管理方式探討

安宏偉

（忻州市煤炭設(shè)計(jì)研究院，山西 忻州 034000）

1 浩然煤礦采煤方法的選擇及其評(píng)價(jià)

1.1 采煤方法的選擇

1）浩然煤礦井田有2號(hào)、3號(hào)、5號(hào)可采煤層。首采2號(hào)煤層是傾角11°的緩傾斜厚煤層，平均厚度5.51 m，煤層結(jié)構(gòu)單一，賦存穩(wěn)定。井田內(nèi)2號(hào)煤層厚度小于4.0 m的區(qū)域，主要分布在二采區(qū)北翼，其中H401鉆孔厚度為1.73 m，SK2鉆孔厚度為3.15 m，井田內(nèi)其他鉆孔厚度均大于4.0 m。由H401鉆孔、SK2鉆孔控制的區(qū)域面積36萬m2，厚度小于4.0 m的區(qū)域占全井田2號(hào)煤層可采面積的22%，選擇采煤方法時(shí)主要考慮厚度大于4.0 m的區(qū)域。

2）根據(jù)煤層賦存條件，可供選擇的采煤方法有：（1）分層綜采采煤法：分層開采技術(shù)成熟，掘進(jìn)率高，但工序復(fù)雜，工作面分層，金屬網(wǎng)假頂，工作面支護(hù)為支撐掩護(hù)式支架，適用于煤層厚度3.5～6 m，煤層傾角≤30°的厚煤層。本井田2號(hào)煤層厚度5.0～8.0 m，平均5.51 m，采用此法需分2層開采，生產(chǎn)管理不方便，成本會(huì)加大，經(jīng)濟(jì)效益會(huì)低。（2）綜采一次采全高采煤法：工作面支護(hù)為支撐掩護(hù)式支架，適用于煤層厚度2.0～5.5 m，煤層傾角≤25°的中厚煤層。此種采煤法生產(chǎn)能力大但與井型不相適應(yīng)，且局部超過5.5 m厚度的煤層需留底或留頂處理，資源浪費(fèi)大，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的適應(yīng)能力低。（3）綜采放頂煤開采：工作面支護(hù)為放頂煤綜采支架，沿煤層底板開采放頂煤，適用于煤層厚度4～8 m，煤層傾角≤30°的厚及特厚煤層。本井田2號(hào)煤層為5.78 m，且煤層屬于中硬-中軟煤層，采用此法較為適應(yīng)煤層賦存條件。

3）綜合考慮上述三法的優(yōu)缺點(diǎn)，決定選用一次采全高綜采放頂煤采煤法，全部垮落法管理頂板。其中開幫采煤高度2.4 m，放頂煤高度3.11 m，回采面支護(hù)采用ZF4500/17/28型放頂煤綜采支架，架間距1.5 m，循環(huán)進(jìn)度0.6 m，最小控頂距4.8 m，最大控頂距5.4 m。采用四六制，三班生產(chǎn)，一班檢修，每班推進(jìn)2個(gè)循環(huán)。對(duì)于2號(hào)煤層厚度小于4.0 m的二采區(qū)（2號(hào)）北翼，采用一次性采全高，不放頂。后期5號(hào)煤層采煤方法與2號(hào)煤層相同；3號(hào)煤層采用薄煤層采煤機(jī)長(zhǎng)壁采煤法開采。

1.2 頂煤冒放性的評(píng)價(jià)

影響頂煤冒放性的自然因素主要有：開采深度、煤層厚度、煤層結(jié)構(gòu)、夾矸層數(shù)多少及其硬度和厚度、煤層頂板巖性及其厚度、老頂巖性及其厚度和巖煤體裂隙發(fā)育程度。本礦開采深度155 m左右，煤層普氏系數(shù)均＜3，首采工作面平均采厚5.51 m，含0～4層夾矸，夾矸厚度0.10～0.50 m，主要巖性為炭質(zhì)泥巖，夾矸層厚度對(duì)放頂煤的影響較小。2號(hào)煤偽頂為灰黑色泥巖，厚度0.05～0.30 m，一般0.1 m，在采煤時(shí)隨煤層同時(shí)垮落。直接頂為泥巖或砂質(zhì)泥巖，平均厚度2.49 m，巖石層面平整，層理清晰，一般發(fā)育兩組節(jié)理，節(jié)理間距5～10 cm。老頂為K2砂巖，厚度（變化較大）2.42～3.95 m、平均3.16 m。底板為細(xì)砂巖，平均厚度3.81 m。根據(jù)該礦2號(hào)煤層放頂煤工作面實(shí)際，其頂板粘結(jié)性較差，工作面初次來壓步距10～15 m左右，頂板較易垮落；2號(hào)煤層節(jié)理較發(fā)育。綜上分析，本礦2號(hào)煤層頂煤冒放性較好。

1.3 工作面的采高及采放比、放煤步驟、放煤方式

1）根據(jù)頂煤冒放性評(píng)價(jià)，2號(hào)煤層采用放頂煤采煤法，首采區(qū)采高5.51 m，開幫采煤高度2.4 m，放頂煤高度 3.11 m，采放比 1∶1.296。

2）根據(jù)本井田煤層賦存條件，結(jié)合其它礦區(qū)放頂煤開采經(jīng)驗(yàn)，確定放煤步距1.2 m，即兩采一放。目前國(guó)內(nèi)放頂煤方式以單輪順序、雙輪順序、單輪間隔、雙輪間隔為主。按具體條件，根據(jù)本礦煤層的特點(diǎn)，采用單輪順序放煤方式。

2 工作面的頂板管理方式

1）工作面的采煤工藝。工作面回采工藝主要有:采煤機(jī)下端頭斜切進(jìn)刀→反向割底煤→正常上行割煤→反向割底煤→跑空刀清浮煤→推移前部刮板輸送機(jī)→移架→拉移后部刮板輸送機(jī)→放頂煤，完成一個(gè)循環(huán)。

2）工作面的頂板管理。工作面采用ZF4500/17/28放頂煤液壓支架支護(hù)頂板，架間距1.5 m，上下順槽超前20 m加強(qiáng)支護(hù)，配備DW31.5-20/100型單體液壓支柱配合π型鋼梁，也可用工字鋼代替。

3）工作面的回采方向與超前關(guān)系。由于后退式的工作面和巷道的維護(hù)條件好，工作面的推進(jìn)方向確定為后退式。

4）采煤工作面的循環(huán)數(shù)、月進(jìn)度、年進(jìn)度、工作面長(zhǎng)度。（1）綜放工作面的連續(xù)推進(jìn)長(zhǎng)度一般不宜小于800～1 000 m?？紤]到工作面搬遷次數(shù)及煤損，會(huì)隨工作面推進(jìn)距離增大而減少，結(jié)合礦井生產(chǎn)能力和滾筒采煤機(jī)參數(shù)，可算出工作面的推進(jìn)度。根據(jù)采煤面三班生產(chǎn)，每班2個(gè)循環(huán)，每日6個(gè)循環(huán)，工作面長(zhǎng)度140 m，循環(huán)進(jìn)尺0.6 m，循環(huán)率0.85，年工作日330 d。月推進(jìn)度：Lyj=91.8 m。年推進(jìn)度：Lnj=1 010 m。（2）工作面長(zhǎng)度的確定：工作面推進(jìn)度一般是按采煤工藝要求、勞動(dòng)組織、煤層的自然發(fā)火期等因素確定，考慮到本礦初次采用綜采放頂煤技術(shù)、勞動(dòng)熟練程度等因，確定工作面日推進(jìn)度3.6m。據(jù)此求得工作面長(zhǎng)度:L=q/（SHcrk）=138.4 m。

式中：q為工作面日產(chǎn)量，t/d；H為一次采厚，5.78 m；S為工作面日推進(jìn)度，3.6 m/d；c為工作面回采率，按平均80%計(jì)算；r為煤的視密度，1.48 t/m3；k為循環(huán)率，0.80；考慮到生產(chǎn)不均衡性，確定工作面長(zhǎng)度為140 m。

3 結(jié)束語

綜上所述，該礦2號(hào)煤層選用一次采全高綜采放頂煤的采煤法，2號(hào)煤層頂煤冒放性較好。首采區(qū)201工作面采高5.51 m，工作面長(zhǎng)度140 m,年推進(jìn)度1 010 m,年生產(chǎn)能力963.7 kt。工作面采用ZF4500/17/28放頂煤液壓支架支護(hù)頂板，架間距1.5 m，上下順槽超前20 m加強(qiáng)支護(hù)，配備DW31.5-20/100型單體液壓支柱配合π型鋼梁,也可用工字鋼代替。