張華星 張東旭 肖見兵

（1.山東浩珂科技有限公司，山東 濟寧 272000；2.徐礦能源股份有限公司張雙樓礦，江蘇 徐州 221000；3.臨礦集團王樓煤礦，山東 濟寧 272000）

1 引言

受地質年代中成煤時期及地質構造等因素的影響，一定區(qū)域內煤層賦存厚度及相鄰煤層間距有時存在較大差異，并且會對后期煤炭資源回采方法的選擇有很大影響。對于穩(wěn)定性的厚煤層，常采用大采高綜采技術、分層回采技術及綜采放頂煤技術進行資源回收。然而對于厚度不穩(wěn)定煤層，選擇何種回采方式保證較高的煤炭資源采出率，成為擺在煤礦工作者面前的難題。

本文以張雙樓礦74102工作面作為工程實例，旨在分析不同開采技術在復合煤層區(qū)的應用特點。由于大采高綜采技術不僅對設備有較高要求，更關鍵是要求煤層賦存較為穩(wěn)定，本工作面不具備大采高綜采技術實施條件，鑒于此，本文僅分析分層開采技術與綜放技術在復合煤層區(qū)的回采特點，為后續(xù)工作面布置提供參考指導。

2 概況

張雙樓煤礦地處徐州西北部，隸屬江蘇徐礦能源股份有限公司，設計產能2.25Mt/a。井田水平標高為-200m～ -1200m，東西走向長13.5km，南北傾斜寬2.9km，面積約37.9km2。井田內可采煤層為7#、9#、17#、21#煤，平均總厚度8.21m。目前主采7#煤層的74采區(qū)74102工作面位于-1000m水平延伸采區(qū)，東起工廣保安煤柱，西距井田內10號勘探線約200m，南部為7425、7426工作面采空區(qū)，北部尚未開采。

74102工作面設計回采東西走向長1108m，南北向斜長153.6～200.4m，平均約175.3m。根據順槽探明情況，回采區(qū)域內7#煤與9#煤煤層間距呈由西向東逐漸減小的趨勢，并在工作面東北部合成，使工作面回采厚度在1～11m變化，煤層可采指數(shù)為1，變異系數(shù)41.6%，屬極不穩(wěn)定煤層區(qū)。工作面總體為傾向NNE單斜構造，地層傾角為10～35°，平均22°。74102工作面位置如圖1所示，頂?shù)装迕簬r性特征及力學參數(shù)如表1所示。

圖1 74102工作面位置

表1 74102工作面頂?shù)装迕簬r性及力學參數(shù)

3 回采方案對比

3.1 分層開采技術特點

分層開采技術通過設置層間人工假頂將整體厚煤層劃分成若干中厚煤層，以適應常規(guī)工作面回采要求。隨著分層開采技術的廣泛應用發(fā)展，其已經具備技術成熟、資源采出率高等特點。

針對74102工作面煤層賦存特征，其西區(qū)煤層主要為較穩(wěn)定的7#煤，而東區(qū)受9#煤合成影響，造成區(qū)域煤厚變化較大。若采用分層開采技術，可在74102工作面布置適宜7#煤層采厚的綜采設備，進入復合煤層區(qū)后，工作面沿7#煤層頂煤布置巷道進行回采，并隨鋪人工假頂。而下分層工作面主要回采9#煤，并在復合煤層區(qū)沿9#煤底煤布置巷道進行回采，以此保證復合煤層區(qū)資源得到最大程度采出。分層開采巷道布置示意圖如圖2所示。

3.2 綜放開采技術特點

綜采放頂煤開采技術通常是沿煤層底板布置回采巷道，巷道高度與常規(guī)工作面巷道一致，然后采用綜合機械化設備進行回采推進。在工作面超前支承壓力作用下，頂煤破碎成散體，并從專有放頂煤液壓支架后方的“放煤窗口”冒落至后端刮板輸送機上，從而實現(xiàn)頂煤的回采。綜采放頂煤技術如圖3所示。

圖2 復合區(qū)煤層分層開采示意圖

圖3 綜放開采示意圖

一般而言，煤層綜放開采技術可行性主要依賴于頂煤的冒放性，即頂煤在超前支承壓力作用下的冒落程度。頂煤冒放性與煤層強度直接相關，并常用普氏系數(shù)表示。普氏系數(shù)越小的軟煤，其冒放性最佳，而隨著煤層普氏系數(shù)的增大，其頂煤冒放性逐漸變差，也越不適宜用綜放開采技術。表2所示為基于普氏系數(shù)的煤層分類。

表2 基于普氏系數(shù)的煤層分類

如表1所示，7#煤層單軸抗壓強度為12.63MPa，其普氏硬度為1.26，故屬于軟煤。單從7#煤層強度而言，其符合綜放開采要求，但由于復合煤層區(qū)范圍有限，不能僅在復合煤層區(qū)布置回采巷道，為滿足工作面長度要求，需外延復合煤層區(qū)一定距離布置回采巷道，即如圖4所示。

圖4 綜放開采工作面巷道布置示意圖

3.3 對比分析

分層開采和綜放開采都能保證復合煤層區(qū)資源的較高回采率。綜放開采的7#頂煤雖滿足冒放性要求，但在工作面布置時，7#煤與9#煤層間存在厚度不一的細砂巖及泥巖夾層，且細砂巖為9#煤的基本頂巖層，強度很高，在支承壓力作用下，難以發(fā)生冒落，這會對上覆7#煤層回采率產生較大影響。即使綜放工作面頂板能順利冒落，也會增加選煤成本。而分層開采雖然存在巷道布置復雜，掘進量大等缺點，但能有效滿足復合區(qū)回采及工作面長度要求。

基于以上原因，74102工作面不宜采用綜采放頂煤技術，選擇分層回采作為復合煤層不穩(wěn)定煤厚區(qū)資源開采方法。

4 巷道及人工假頂布置

根據上述分析，分層開采巷道布置可采用如下方式：

（1）在上分層回采時為保證7#煤采出率，根據煤層平均厚度設計巷道寬高比。首先沿7#煤底板完成掘進巷道2，從而可探明7#與9#煤間距變化情況，實現(xiàn)一巷雙用。然后根據工作面綜采設備型號進行巷道1的掘進，此時完成7#煤上分層工作面布置，即74102工作面。

（2）74102工作面回采過程中，在臨近復合煤層區(qū)后，開始施作人工假頂，擬使用重量輕、強度高、耐腐蝕性好、低蠕變的聚合長絲纖維沿經緯縱橫方向整體編制而成的聚酯纖維柔性網作為人工假頂材料，其敷設流程為：液壓支架安裝絞盤及定滑輪→工作面調直→運網→柔性網搭接→挑至頂板掛網→割煤、移架，完成柔性網鋪設。根據74102工作面頂板巖性、冒落特征、周期來壓步距及復合煤層回采規(guī)模，柔性網規(guī)格尺寸選擇如表3所示。

表3 柔性網規(guī)格尺寸

（3）待74102工作面回采完成并形成采空區(qū)一段時間后，此時根據9#煤層采區(qū)布置情況，布置下分層工作面回采巷道3和4。為避免受上分層煤柱留設形成的高應力區(qū)影響，下分層工作面巷道3、4布置應以內錯式為宜，使其處于采空區(qū)下低應力區(qū)。

5 結 論

（1）復合煤層不穩(wěn)定煤厚區(qū)在采用分層回采時，為保證資源回采率，上分層巷道沿7#煤層頂煤布置，而下分層回采時沿9#煤層底煤布置。同時，上下分層巷道需采用內錯式布置方式避開高應力區(qū)。

（2）在分析綜放開采技術回采復合煤層時，頂煤冒放性不僅與煤層強度有關，更需要考慮復合煤層層間距變化情況。

（3）復合煤層分層開采采用聚酯纖維柔性網人工假頂布置，不僅可以提高工作效率，也能保證9#煤層回采時柔性網的整體護頂效果。圖5所示為柔性網假頂現(xiàn)場應用效果圖。

圖5 柔性網人工假頂工作面應用效果圖