急傾斜煤層巷柱式放頂煤開采回采工藝研究

畢建軍， 賈文厚

（1.山西寧武大運(yùn)華盛老窯溝煤業(yè)有限公司， 山西 寧武 036700；2.山西寧武大運(yùn)華盛能源集團(tuán)有限公司， 山西 寧武 036700）

我國(guó)煤炭的儲(chǔ)量在全球范圍內(nèi)位居前列，在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)其將仍然是我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)地位。近年來(lái)，隨著我國(guó)綜采設(shè)備自動(dòng)化水平、采煤技術(shù)及采煤工藝的發(fā)展，綜采工作面的采煤效率已得到顯著提升。盡管煤礦開采效率得到發(fā)展，但是煤炭的浪費(fèi)問(wèn)題依舊很嚴(yán)重。就綜采工作面而言，煤炭資源的浪費(fèi)主要由于其回采率低所導(dǎo)致的[1]。因此，需根據(jù)綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)計(jì)有效的采煤工藝，進(jìn)一步提升工作面采煤效率，降低煤炭資源的浪費(fèi)。本文著重對(duì)急傾斜工作面煤層的開采工藝進(jìn)行研究。

1 工程概述

本文所研究煤礦為單一斜構(gòu)造，工作面煤層呈東南-西北走向，煤層傾角范圍為58°~70°，平均傾角為65°，屬于急傾斜煤層。49407 工作面走向長(zhǎng)度為1 817 m、傾斜長(zhǎng)度為187.4 m、面積為340 505.8 m2，該工作面所采9 號(hào)煤層裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，局部地段煤層下部夾0.2 m 的頁(yè)巖或炭質(zhì)頁(yè)巖，厚度變化不大，屬于穩(wěn)定煤層。

煤層頂板（偽頂、直接頂、老頂）：描述煤層頂板巖石性質(zhì)、層理、節(jié)理、厚度、強(qiáng)度（硬度）、頂板分類等情況及其變化情況。煤層頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

最大涌水量25 m3/h，正常涌水量為0～5 m3/h。瓦斯絕對(duì)涌出量為2 m3/min，煤塵爆炸指數(shù)：21.33%、煤塵具有爆炸性，自燃傾向性等級(jí)：Ⅱ級(jí)，易自燃。

該工作面煤層屬于急傾斜煤層，采用放頂煤開采工藝存在工作面布置困難且經(jīng)濟(jì)效益不佳的問(wèn)題。因此，本文結(jié)合壁式放頂煤開采技術(shù)和巷道式放頂煤開采方式，針對(duì)該工作面煤層擬采用巷柱式放頂回采技術(shù)。

表1 49407 工作面煤層頂?shù)装迩闆r

2 巷柱式放頂煤開采工藝研究

針對(duì)急傾斜煤層的礦壓特征及放頂采煤工藝的特點(diǎn)，巷柱式放頂采煤工藝僅需破煤、裝煤以及運(yùn)煤三道工序，無(wú)需對(duì)工作面的采空區(qū)進(jìn)行支護(hù)和管理，大大節(jié)省了采煤流程，提升了采煤效率[2]。針對(duì)急傾斜煤層采用巷柱式放頂開采工藝主要包括破煤、裝煤以及運(yùn)煤三步驟。

1）所謂破煤工序，即采取某種措施破壞工作面煤層頂煤的應(yīng)力平衡狀態(tài)，使煤層破碎。由于巷柱式放頂采煤工藝不存在液壓支架升降和移動(dòng)的流程，因此缺少液壓支架對(duì)煤層頂煤的初擾動(dòng)力。因此，針對(duì)急傾斜煤層只可采用松動(dòng)爆破技術(shù)，且能夠有效解決煤層頂煤破碎和順利冒落的關(guān)鍵技術(shù)為松動(dòng)爆破技術(shù)。

2）針對(duì)急傾斜煤層巷式采煤工藝的裝煤工序可進(jìn)一步細(xì)分為爆破裝煤、機(jī)械裝煤以及人工裝煤三個(gè)子工序。其中，爆破裝煤時(shí)需采用單體液壓支柱對(duì)其進(jìn)行超前支護(hù)，并將爆破頂煤通過(guò)機(jī)械裝煤工序中的遙控式側(cè)卸裝巖車裝入刮板輸送機(jī)運(yùn)出。對(duì)于無(wú)法通過(guò)爆破和機(jī)械裝煤工序運(yùn)出的頂煤，需采用人工裝煤工序運(yùn)輸[3]。

3）對(duì)于急傾斜煤層開采而言，可充分利用大傾角的優(yōu)勢(shì)，盡可能的采用自溜運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)煤炭的運(yùn)輸，其主要運(yùn)輸設(shè)備為刮板運(yùn)輸機(jī)。

3 巷柱式放頂開采工藝的應(yīng)用

3.1 巷道布置與支護(hù)

針對(duì)我礦地質(zhì)、水文條件及煤層特征，采用后退式進(jìn)行放頂煤回采工藝，該工作面煤層巷道的布置情況如圖1 所示。

圖1 煤層巷道布置情況示意圖

3.2 回采工藝參數(shù)的確定

3.2.1 工作面參數(shù)的確定

該急傾斜工作面煤層采用巷柱式放頂煤開采工藝的回采煤量為頂板和底板范圍之內(nèi)所有煤炭。該工作面煤層厚度為8 m，則工作面推進(jìn)1 m 后所獲得的回采煤量約為170 t。鑒于工作面在破煤和裝煤工藝均是通過(guò)刮板輸送機(jī)完成運(yùn)煤任務(wù)的，該刮板輸送機(jī)一節(jié)溜槽的長(zhǎng)度為1.5 m，則將工作面循環(huán)推進(jìn)的距離為1.5 m。所選刮板輸送機(jī)每循環(huán)推進(jìn)1.5 m 可得回采煤量為255 t。

3.2.2 破煤工藝參數(shù)的確定

破煤工序作為回采工藝的重要環(huán)節(jié)，其參數(shù)的確定直接決定工作面煤層冒落效率[4]。經(jīng)理論計(jì)算和核算的基礎(chǔ)上，該工作面煤層的炮眼布置情況如圖2 所示。

如圖2 所示，工作面煤層共有7 個(gè)炮眼。其中，煤層頂板共有5 個(gè)炮眼，底板共有2 個(gè)炮眼。每個(gè)炮眼的具體參數(shù)如表2 所示。

圖2 煤層工作面炮眼布置示意圖

表2 工作面炮眼參數(shù)

3.2.3 裝煤工藝參數(shù)的確定

急傾斜煤層工作面的裝煤工序分為爆破裝煤—機(jī)械裝煤—人工裝煤三個(gè)子工序。爆破的頂煤通過(guò)40T 刮板輸送機(jī)運(yùn)出。其中，爆破煤層安息角大于45°的頂煤大部分通過(guò)40T 刮板輸送機(jī)運(yùn)出；爆破煤層安息角小于45°的頂煤大部分通過(guò)ZC-3B 裝巖機(jī)裝入刮板輸送機(jī)運(yùn)出工作面[5]。

此外，為提升爆破所得的煤炭盡可能的全部運(yùn)出工作面，除爆破裝煤和機(jī)械裝煤外的頂煤，還需通過(guò)人工裝煤方式運(yùn)出工作面。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)地域遼闊煤礦所處地質(zhì)、水文以及煤層特點(diǎn)各不相同，本文著重對(duì)急傾斜煤層的采煤工藝進(jìn)行研究。在結(jié)合壁式放頂采煤和巷式放頂采煤工藝的優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)急傾斜煤層采用巷柱式放頂采煤工藝，對(duì)其工作面回采工藝、爆破工藝中的炮眼深度、傾角以及位置等參數(shù)以及裝煤工藝中進(jìn)行設(shè)計(jì)，為急傾斜煤層的開采，提高工作面煤層的回采率提供指導(dǎo)。