連續(xù)采煤機(jī)開采優(yōu)質(zhì)稀缺殘煤技術(shù)研究與應(yīng)用

馬 進(jìn) 功

（1.中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，山西 太原 030006；2.山西天地煤機(jī)裝備有限公司，山西 太原 030006；3.煤礦采掘機(jī)械裝備國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006）

0 引 言

當(dāng)前，智能化成為煤炭行業(yè)發(fā)展主題。煤礦向智能、清潔、綠色開采邁進(jìn)，裝備也已全面升級(jí)，目前，全國(guó)已經(jīng)建成了數(shù)百個(gè)智能綜采工作面[1-2]。然而，煤礦智能化如火如荼建設(shè)的背后，綜采資源不足、邊角殘煤量大面廣的整合兼并礦井或衰老礦井，生存與發(fā)展卻步履維艱。最顯著的問題是邊角殘煤分布廣、塊段小、數(shù)量多、不規(guī)則，當(dāng)前長(zhǎng)壁綜采工藝尚不能有效解決，若棄采，則造成資源浪費(fèi)，巨額建設(shè)費(fèi)用成為無效投資。尤其是對(duì)于主焦煤、肥煤等優(yōu)質(zhì)稀缺煤種[3-5]資源，高效、靈活開采邊角殘煤是企業(yè)發(fā)展的主要出路。國(guó)內(nèi)對(duì)于邊角殘煤開采研究較多，其中馮國(guó)瑞[6-8]研究我國(guó)遺煤儲(chǔ)量、儲(chǔ)采比、賦存類型、開采特點(diǎn)、遺煤開采研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)，提出長(zhǎng)壁開采在復(fù)雜地質(zhì)條件下遺煤開采的巖層控制理論，揭示刀柱殘采區(qū)上行長(zhǎng)壁開采支承壓力時(shí)空演化規(guī)律；屠洪盛等[9]建立厚煤層刀柱采空區(qū)集中應(yīng)力影響范圍理論；張開智等[10]利用頂板全垮落法研究短壁連采工作面合理煤柱寬度的留設(shè)與依據(jù)。目前，我國(guó)已經(jīng)形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的連續(xù)采煤機(jī)短壁機(jī)械化開采技術(shù)，在我國(guó)晉陜蒙礦區(qū)已經(jīng)得到較為廣泛應(yīng)用，雖然在工作面采出率、開采效率上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于長(zhǎng)壁綜采技術(shù)，但其開采邊角殘煤時(shí)適應(yīng)性、靈活性更具優(yōu)勢(shì)。國(guó)產(chǎn)成套裝備已經(jīng)替代進(jìn)口，采煤工藝可與長(zhǎng)壁綜采互為補(bǔ)充[11]。

原山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)吉縣盛平煤礦由鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦整合而成，是典型資源整合礦井。整合前開采設(shè)計(jì)不合理、地質(zhì)勘探不到位、長(zhǎng)期粗放開采，導(dǎo)致全礦幾乎遍布邊角殘煤，且煤質(zhì)為優(yōu)質(zhì)稀缺的主焦煤[12-14]。對(duì)此，筆者提出了采用連續(xù)采煤機(jī)短壁工藝回收的必要性，并以優(yōu)質(zhì)稀缺殘煤賦存為基礎(chǔ)，研究了短壁工作面巷道系統(tǒng)設(shè)計(jì)、采掘工序、設(shè)備配套、通風(fēng)方式，采用數(shù)值模擬軟件確定了采硐間煤柱、隔離煤柱寬度、從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的礦壓監(jiān)測(cè)中分析出頂板來壓規(guī)律，盛平煤礦稀缺邊角煤的成功開采，為相鄰礦區(qū)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

1.1 礦井條件

盛平煤礦位于山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣臺(tái)頭鎮(zhèn)，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬t，為低瓦斯礦井，主采2號(hào)煤層，2號(hào)煤為特低灰-中灰、特低硫、中高發(fā)熱量—特高發(fā)熱量之焦煤、瘦煤、貧瘦煤，發(fā)熱量29.12～32.04 MJ/kg，被列為稀缺煤種。其賦存于山西組下部，煤層厚度2.15～4.20 m，平均3.23 m，煤層傾角2°～8°，瓦斯絕對(duì)涌出量為6.78 m3/min，相對(duì)涌出量為3.76 m3/t；直接頂為砂質(zhì)頁(yè)巖、細(xì)砂巖，平均厚度3.50 m，底板為泥巖，平均厚度為1.20 m。煤層埋深為280 m，屬Ⅱ級(jí)自燃煤層，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性。礦井采用副平硐+主斜井開拓、盤區(qū)式布置，除了能布置數(shù)量有限的小綜采面，剩余全是由于采空區(qū)、斷層切割而形成的邊角塊段，僅二采區(qū)便規(guī)劃出10處、儲(chǔ)量達(dá)180萬t，其位置分布如圖1所示，且僅是盛平煤礦邊角煤的一部分。

1～10—邊角塊段編號(hào)圖1 盛平煤礦2號(hào)煤首采區(qū)邊角殘煤分布Fig.1 Distribution of residual coal in local corner of No.2 coal in Shengping Coal Mine

由于大量邊角塊段的存在，導(dǎo)致可布置長(zhǎng)壁綜采工作面的開采區(qū)域寥寥無幾，年產(chǎn)量難以達(dá)到生產(chǎn)能力、甚至不足設(shè)計(jì)產(chǎn)能的一半，優(yōu)質(zhì)、稀缺煤種的產(chǎn)能難以釋放，若放棄開采，則是對(duì)資源的極大浪費(fèi)，企業(yè)經(jīng)濟(jì)狀態(tài)陷入絕境。因此，嘗試提出采用投資少、見效快、移動(dòng)便捷、工作面布置靈活的連續(xù)采煤機(jī)短壁機(jī)械化開采技術(shù)，來解決邊角塊段的回收難題。

1.2 地質(zhì)適用與解決方案

盛平煤礦2號(hào)煤為近水平、低瓦斯、淺埋深、中等穩(wěn)定以上頂板、無突出危險(xiǎn)、無沖擊地壓、水文地質(zhì)簡(jiǎn)單的中厚煤層，符合連續(xù)采煤機(jī)[15-18]短壁開采技術(shù)的要求。主要理由分析如下：

1）裝備能力滿足要求。EML340型連續(xù)采煤機(jī)采高范圍2.60～4.65 m，XZ系列履帶行走支架支撐高度2.5～5.0 m，配套SC梭車和LY連運(yùn)一號(hào)車運(yùn)煤能適應(yīng)9°坡度，成套裝備移動(dòng)方式為履帶式或無軌膠輪式，對(duì)隱伏地質(zhì)構(gòu)造反應(yīng)能力強(qiáng)。

2）開采工藝適合。連續(xù)采煤機(jī)與旺格維利采煤法相輔相成，形成適用我國(guó)煤礦條件的短壁采煤工藝，實(shí)現(xiàn)支巷雙巷平行掘進(jìn)，回采全負(fù)壓通風(fēng)，履帶行走支架及時(shí)支撐三角區(qū)頂板，可控制頂板類似長(zhǎng)壁式垮落，相比傳統(tǒng)房柱式優(yōu)勢(shì)明顯。

3）整體移動(dòng)能力出色。如圖1 所示，除1、2、3、4塊段可以利用同一開采系統(tǒng)之外，開采5、6、7、8、9、10塊段時(shí)均需要搬家，全套設(shè)備為履帶或膠輪式行走，設(shè)備無須拆解、運(yùn)輸、再安裝，能實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)、搬家、回撤。

1.3 塊段可采性及開采計(jì)劃分析

選擇首采工作面時(shí)，本著“先易后難、先里后外后退式回收、盡快大量出煤”的原則，塊段可采性分析如下：①塊段10位于采區(qū)外側(cè)，可通過其東側(cè)的北大巷系統(tǒng)布置巷道進(jìn)行開采，可作為后退式回采時(shí)作為最后一個(gè)塊段回采；②塊段6和7形狀極不規(guī)則、塊段儲(chǔ)量相對(duì)小、且處于孤島狀態(tài)，煤層穩(wěn)定性差，且形成全風(fēng)壓通風(fēng)的工程量極大，因此不作為首采塊段；③塊段5和8雖然緊鄰大巷，但塊段儲(chǔ)量偏小，回采時(shí)間短、不容易出產(chǎn)量、且搬家倒面耽誤時(shí)間，不適合作為首采塊段；④塊段4雖緊鄰大巷，但被落差5 m的斷層從塊段中間分割，每掘一條支巷便要過斷層造成巷道斷面大、坡度大，給短壁開采帶來較大難度，開采效率低、風(fēng)險(xiǎn)大，不適合作為首采塊段；⑤塊段1、2、3緊靠大巷北側(cè)，與主巷道系統(tǒng)銜接緊密，能快速形成巷道及全風(fēng)壓系統(tǒng)，3個(gè)塊段總儲(chǔ)量將近30萬t，相對(duì)較大，形狀相對(duì)較為規(guī)則，3個(gè)塊段可共用開采系統(tǒng)，因此優(yōu)先選擇1、2、3塊段作為首采面。

據(jù)上分析，邊角塊段開采順序?yàn)椋簤K段1、2、3→塊段4→塊段6、5→塊段7、8→塊段9→塊段10，首采塊段1、2、3合稱為2208短壁工作面。

2 短壁首采工作面設(shè)計(jì)

2.1 首采工作面概況

2208短壁工作面位于井田北部，工作面傾角3°～5°，此處煤層平均厚度為3.1 m，煤層中存在一層夾矸，厚0.15～0.3 m。煤層容重1.35 t/m3，埋深約為280 m。2208短壁工作面劃分為3個(gè)區(qū)域開采，即I區(qū)段、II區(qū)段、III區(qū)段，其中I區(qū)段南側(cè)、北側(cè)均為采空區(qū)、儲(chǔ)量3.8萬t，II區(qū)段位于兩采空區(qū)間煤柱，儲(chǔ)量約2.6萬t，III區(qū)段北側(cè)為采空區(qū)，西側(cè)為采空區(qū)和斷層、東側(cè)為大斷層，儲(chǔ)量約為23萬t，如圖2所示。

圖2 2208短壁工作面平面圖及頂?shù)装迩闆rFig.2 Plan and roof and floor conditions on No.2208 short-wall working face

2.2 開采布置與生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2208短壁工作面南側(cè)為礦井主要運(yùn)輸大巷，考慮到開采系統(tǒng)的高效銜接，以利益最大化原則設(shè)計(jì)短壁工作面巷道。設(shè)計(jì)思路是：首先在大巷合理位置開口，掘進(jìn)短壁工作面主要巷道2208回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷，然后掘進(jìn)輔助回風(fēng)巷、輔助支巷構(gòu)成，形成全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，最后進(jìn)行支巷的順序掘進(jìn)、回采。所有巷道規(guī)格為寬×高為5.2 m×3.1 m，各巷道的掘進(jìn)和回采順序如下：

1）工作面掘進(jìn)系統(tǒng)。主要巷道系統(tǒng)構(gòu)成如圖3a所示，掘進(jìn)工序示意如圖3b所示，按照①、②、③、④由外向里的順序前進(jìn)式掘進(jìn)。① 形成III區(qū)段2208回風(fēng)巷。從運(yùn)輸大巷右側(cè)向左偏47°位置開口掘進(jìn)2208運(yùn)輸巷，掘進(jìn)約30 m后向右側(cè)70°開口，掘進(jìn)2208運(yùn)輸聯(lián)巷50 m后，向左側(cè)60°開口掘進(jìn)2208回風(fēng)巷290 m，向左側(cè)偏43°繼續(xù)掘進(jìn)2208回風(fēng)巷，掘進(jìn)350 m時(shí)停止。② 形成II區(qū)段2208輔助支巷。掘進(jìn)2208輔助支巷退出機(jī)組至2208運(yùn)輸巷與2208運(yùn)輸聯(lián)巷交叉點(diǎn)位置，繼續(xù)掘進(jìn)2208運(yùn)輸巷，掘進(jìn)270 m處時(shí)偏左29°繼續(xù)向前掘進(jìn)，掘至175 m時(shí)，向左偏123°掘進(jìn)2208輔助支巷，掘進(jìn)490 m處時(shí)與三下山回風(fēng)上山貫通，使II區(qū)段2208輔助支巷形成全負(fù)壓通風(fēng)巷道系統(tǒng)。③ 形成I區(qū)段2208輔助回風(fēng)巷。退出機(jī)組至2208運(yùn)輸巷與輔助支巷交叉口處，繼續(xù)向前掘進(jìn)2208運(yùn)輸巷，當(dāng)掘至90 m處時(shí)，左側(cè)偏80°掘進(jìn)2208輔助回風(fēng)巷，掘至122 m處時(shí)向左偏44°掘進(jìn)，掘進(jìn)約480 m時(shí)向左40°同原綜采工作面回風(fēng)巷貫通，形成I區(qū)段2208輔助回風(fēng)巷的全負(fù)壓通風(fēng)巷道系統(tǒng)。④ 形成III區(qū)段2208運(yùn)輸巷與支巷。退出機(jī)組至2208輔助回風(fēng)巷與運(yùn)輸巷交叉口，繼續(xù)向前掘進(jìn)運(yùn)輸巷，掘進(jìn)110 m后停止掘進(jìn)，向右側(cè)偏80°掘進(jìn)支巷，直至同2208回風(fēng)巷貫通，形成支巷III區(qū)段全負(fù)壓通風(fēng)巷道系統(tǒng)。

圖3 2208工作面主要巷道掘進(jìn)系統(tǒng)工序Fig.3 Main roadway system on No.2208 working-face

2）工作面回采系統(tǒng)?；夭蓵r(shí)，按照由里向外的后退式回采順序，按照?qǐng)D4中①、②、③、④后退開采順序，其中在開采2208輔助回風(fēng)巷時(shí)，其兩側(cè)煤柱小于15 m時(shí)不再掘進(jìn)支巷，直接回采采硐，因此共布置出12條獨(dú)頭支巷；2208輔助支巷兩側(cè)不再布置支巷，直接進(jìn)行采硐回采；最后回采III區(qū)段時(shí)，每一條支巷都將2208運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷貫通，共可布置20條支巷，按照第一支巷、第二支巷、……、第二十支巷編號(hào)，其中13條支巷長(zhǎng)度均為101 m，7條支巷長(zhǎng)度均為67 m。支巷寬度為5.2 m，高度為3.0 m，支巷采用錨帶網(wǎng)索支護(hù)，采硐與支巷夾角為35°，采硐與采硐之間留設(shè)小煤柱，支巷與支巷間不留煤柱，每2～3條支巷為一區(qū)段，相鄰區(qū)段間留設(shè)隔離保護(hù)煤柱分隔。

3）主要設(shè)備配套。主要配套裝備與型號(hào)見表1。

4）工作面通風(fēng)方式。2208短壁工作面在巷道掘進(jìn)期間采用局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，選用FBDNo6.0/2×15kW型號(hào)，局部通風(fēng)機(jī)安裝在2208運(yùn)輸巷內(nèi)（距巷口15 m處），用直徑800 mm阻燃抗靜電風(fēng)筒，風(fēng)筒敷設(shè)在巷道右側(cè)頂板上，掘進(jìn)期間，每個(gè)巷道工作面的需風(fēng)量為352 m3/min，回采期間局部通風(fēng)機(jī)停止工作進(jìn)行全風(fēng)壓通風(fēng)，配風(fēng)量為562 m3/min。

表1 2208工作面主要配套設(shè)備與型號(hào)

圖4 2208短壁工作面回采系統(tǒng)工序Fig.4 Mining system of No.2208 short-wall face

5）供配電設(shè)備。2208短壁工作面用電總負(fù)荷為1 502 kV·A，工作配備5臺(tái)礦用隔爆移動(dòng)變電站（簡(jiǎn)稱移變），其中1號(hào)移變（KBSGZY-1000/6/1.2 kV型）主供連續(xù)采煤機(jī)、履帶行走支架；2號(hào)移變（KBSGZY-630/10/1.2 kV型）主供梭車、轉(zhuǎn)載破碎機(jī)；3號(hào)移變（KBSGZY-500/6/0.69 kV）型主供帶式輸送機(jī)、照明、水泵；4號(hào)移變（KBSGZY-200/6/0.69 kV型）主供局部通風(fēng)機(jī)；5號(hào)移變作為備用局部通風(fēng)機(jī)（雙電源雙風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換）。

移動(dòng)變電站低壓側(cè)饋電開關(guān)：連續(xù)采煤機(jī)、梭車、履帶行走支架、轉(zhuǎn)載破碎機(jī)選用KBZ-630型，帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)、張緊絞車、水泵及照明電源、局部通風(fēng)機(jī)選用KBZ-400型。

2.3 數(shù)值模擬

2208短壁工作面的采硐間煤柱、隔離保護(hù)煤柱是工作面的重要參數(shù)，也是本次模擬重點(diǎn)研究對(duì)象。采用數(shù)值模擬軟件建立模型，模型尺寸長(zhǎng)×寬×高為196 m×144 m×56.1 m，共159 868單元、202 377節(jié)點(diǎn)。模型底部固支，邊界限制法向位移，頂部采用應(yīng)力邊界條件代替覆巖質(zhì)量，考慮重力g=9.81 m/s2。履帶行走液壓支架采用Extrusion模塊擠出，錨桿間排距均為1 m（煤巖層厚度按照模型適當(dāng)調(diào)整）。模型真實(shí)模擬支巷后退式回采，雙翼回采采硐，采用Fish語(yǔ)言控制分步開挖，每循環(huán)開挖一對(duì)采硐，并運(yùn)算500～800步，再進(jìn)行下一對(duì)采硐開挖，不同采硐顏色僅為區(qū)分回采先后順序。數(shù)值模型煤巖層力學(xué)參數(shù)見表2，模型如圖5所示。

表2 煤巖層力學(xué)參數(shù)

2.3.1 不同寬度采硐間煤柱模擬分析

建立采硐間煤柱1.0、1.25、1.5和1.75 m寬度的4個(gè)模擬方案，分析如下。

圖5 數(shù)值模擬模型Fig.5 Numerical simulation model

1）煤柱受力變化規(guī)律如圖6所示。隨著1～4支巷的回采，采硐間煤柱應(yīng)力先增大后減小，最終維持穩(wěn)定。以采硐間煤柱受力顏色變化為例，開采第一條支巷時(shí)，采硐間煤柱受力為8 MPa左右，隨著第2條支巷的開采，受力達(dá)到10 MPa左右，而到了第4條支巷，仍能達(dá)到10 MPa左右，并且局部顏色變深變紅，說明其承載能力減小。分析認(rèn)為：支巷開采過程中，開采第1條支巷時(shí)，采硐間受力小，開采第2、3條支巷時(shí)，隨著采空區(qū)面積增加，采硐間煤柱受力增加，開采第4條支巷時(shí)，采硐間煤柱受力比之前有所減小，最終趨于穩(wěn)定；采硐間煤柱寬度從1 m增大到1.75 m，塑性區(qū)范圍變化不大，但煤柱受力變化相對(duì)較大。以第一條支巷開采為例，采硐間煤柱為1 m時(shí)，煤柱受力為8 MPa左右，而采硐間煤柱寬度為1.25、1.5、1.75 m時(shí)，承載壓力均為10 MPa左右，壓力變化不大，說明煤柱加寬后，承載能力增大，雖然煤柱全部進(jìn)入塑性區(qū)，但不會(huì)完全破壞，仍然有殘余強(qiáng)度，不過煤柱寬度增加至1.25 m以后殘余強(qiáng)度表現(xiàn)不明顯。因此，選擇1.25 m采硐間煤柱較為合理。

2）巷道頂板下沉規(guī)律如圖7所示。藍(lán)色代表巷道頂板下沉最大值，隨著1～4支巷回采，采空區(qū)巷道頂板下沉最大值均出現(xiàn)在區(qū)段采空區(qū)的偏中部。采硐間煤柱寬度增大，巷道頂板下沉量逐漸減小，采硐間煤柱寬度由1 m增大至1.25 m時(shí)，巷道頂板下沉量由20 cm減小至15 cm，效果明顯。采硐間煤柱寬度由1.25 m增大至1.75 m時(shí)，巷道頂板下沉量由15 cm減小至12 cm，減小已不明顯。這表明寬度達(dá)到1.25 m以上時(shí)，對(duì)巷道頂板控制效果不會(huì)再顯著增強(qiáng)。因此，采硐間煤柱寬度在1.25 m為宜。

圖6 不同寬度采硐間煤柱垂直應(yīng)力云圖Fig.6 Vertical stress cloud of coal pillar between mining tunnels with different widths

2.3.2 不同寬度隔離保護(hù)煤柱模擬分析

如圖8所示，按照隔離煤柱寬度為6.0、8.0、10.0和12.0 m 4種寬度進(jìn)行模擬開采，通過塑性區(qū)分布選擇合理煤柱寬度。分析如下：區(qū)段隔離煤柱寬度為6 m時(shí)，煤柱全部進(jìn)入塑性，表明區(qū)段隔離煤柱已經(jīng)不穩(wěn)定，可能會(huì)發(fā)生破壞；區(qū)段隔離煤柱寬度為8 m時(shí)，開始出現(xiàn)彈性核區(qū)，但在第Ⅲ區(qū)段回采完成后，發(fā)現(xiàn)第Ⅰ、Ⅱ區(qū)段間隔離煤柱的彈性核區(qū)面積比采完第Ⅱ區(qū)段減小；區(qū)段隔離煤柱寬度為10、12 m時(shí)核區(qū)面積大且未發(fā)生類似變化。即隨著區(qū)段隔離煤柱寬度增大，區(qū)段隔離煤柱彈性核寬度逐漸增大。這表明較寬的區(qū)段隔離煤柱由于彈性核區(qū)存在有著一定的承載能力，區(qū)段隔離煤柱超過8 m時(shí)，其承載能力能夠滿足對(duì)頂板的支撐。

圖7 不同采硐間煤柱下的巷道下沉量Fig.7 Roadway subsidence under different coal pillars

圖8 不同隔離煤柱寬度塑性區(qū)分布Fig.8 Roadway subsidence under different coal pillars between mining caverns

3 工程應(yīng)用與實(shí)踐

3.1 礦壓監(jiān)測(cè)分析及對(duì)工程的指導(dǎo)意義

回采期間，對(duì)2208短壁工作面第Ⅲ塊進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)（工作面較為規(guī)則），在隔離保護(hù)煤柱上埋設(shè)應(yīng)力傳感器監(jiān)測(cè)應(yīng)力變化，從煤柱破壞與否摸索頂板來壓規(guī)律。其中，第三支巷回采時(shí)，在首個(gè)隔離保護(hù)煤柱不同位置建立10號(hào)、11號(hào)、12號(hào)和13號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，埋設(shè)鉆孔應(yīng)力計(jì)（應(yīng)力傳感器），首個(gè)隔離煤柱與四支巷相鄰。

根據(jù)上述礦壓監(jiān)測(cè)，其對(duì)于工程的指導(dǎo)意義：通過隔離煤柱將每個(gè)區(qū)段進(jìn)行密閉，使短壁開采的回采區(qū)與垮落區(qū)之間能間隔一個(gè)中間區(qū)段（圖9b中未垮落采空區(qū)），中間區(qū)段對(duì)回采區(qū)來說起到了來壓期間的保護(hù)、緩沖作用，既保護(hù)回采區(qū)的安全作業(yè)，又能讓垮落區(qū)有充足時(shí)間充分垮落。但為防止采空區(qū)長(zhǎng)時(shí)間懸頂不垮落、隔離煤柱高應(yīng)力集中帶來沖擊危險(xiǎn)，回采時(shí)若間隔一個(gè)中間區(qū)段的相鄰采空區(qū)后方的頂板仍未能垮落，應(yīng)采用爆破或水力壓裂等強(qiáng)制放頂技術(shù)，使后部采空區(qū)頂板及時(shí)垮落，從而實(shí)現(xiàn)短壁采空區(qū)頂板類似長(zhǎng)壁開采的周期垮落和有效控制[19]。

圖9 隔離煤柱采動(dòng)壓力變化曲線與2208短壁工作面礦壓規(guī)律Fig.9 Mining pressure variation curve of isolated coal pillar and ground pressure regularity of No.2208 short-wall working face

3.2 實(shí)際應(yīng)用效果

盛平煤礦在回采2208短壁工作面期間，生產(chǎn)班組共配置45名工人，采用“三八”制作業(yè)，半班檢修、兩班半生產(chǎn)。在回采的前6個(gè)月，累計(jì)回采煤炭約10.8萬t，平均月產(chǎn)量1.8萬t，最高月產(chǎn)量達(dá)到2.1萬t，期間該礦實(shí)現(xiàn)收入近五千萬元、毛利潤(rùn)近三千萬元，成功對(duì)優(yōu)質(zhì)稀缺煤種邊角煤資源進(jìn)行了安全、高效回采。連續(xù)采煤機(jī)短壁開采在該礦的實(shí)踐應(yīng)用以及對(duì)采場(chǎng)的礦壓控制，也為當(dāng)今增產(chǎn)保供政策下，更安全、更高效地釋放山西礦區(qū)焦煤、肥煤等優(yōu)質(zhì)邊角殘煤的產(chǎn)能積累了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié) 論

1）“連續(xù)采煤機(jī)+梭車+履帶行走支架+連運(yùn)一號(hào)車”成套裝備，具有快速、靈活、可變的特點(diǎn)，是盛平煤礦近水平、低瓦斯、中厚煤層、中等穩(wěn)定頂板條件下不規(guī)則塊段邊角殘煤回收的有效配套工藝。

2）采硐間煤柱寬度在1.25 m時(shí)既能支撐開采期間頂板又不影響采后直接頂?shù)募皶r(shí)垮落，寬8 m的隔離保護(hù)煤柱破壞極限發(fā)生的時(shí)間控制在間隔一個(gè)采空區(qū)后的回采區(qū)回采期間時(shí)，回采區(qū)受采空區(qū)頂板垮落影響較小。

3）隔離煤柱呈現(xiàn)“低應(yīng)力→緩慢上升→急速上升→急速下降→零承載”的受力變化規(guī)律，且極限破壞時(shí)間發(fā)生在間隔一個(gè)區(qū)段采空區(qū)后的回采區(qū)末端，使得采空區(qū)上覆巖層移動(dòng)對(duì)于回采區(qū)正常回采影響很小。