胡 東

（山西壽陽潞陽麥捷煤業(yè)有限公司，山西 晉中 030600）

1 概況

麥捷煤礦150503工作面位于井田新區(qū)中部，開采煤層屬石炭系上統(tǒng)太原組15號(hào)煤層。煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，位于太原組下部，K2灰?guī)r為其直接頂板，上距12號(hào)煤27.08～44.60 m，平均36.29 m。15號(hào)煤層厚度5.4～6.2 m，多含一層泥巖（0.2 m），平均煤厚5.8 m，屬穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層。頂板為石灰?guī)r、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖。根據(jù)鄰近工作面（150502工作面）回采過程中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，150503工作面相對(duì)瓦斯涌出量確定為6.64 m3/t。為了能高效地對(duì)煤層進(jìn)行開采，需要對(duì)回采工作面的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

150503工作面布置有工作面皮帶順槽、軌道順槽以及高抽巷共三條巷道。其中，軌道順槽長度為1 150.2 m，皮帶順槽長度為1 147.1 m，皮帶順槽和軌道順槽均沿15號(hào)煤層底板布置；高抽巷布置在距15號(hào)煤層頂板約40 m處，與軌道順槽的水平間距為30 m。工作面采用“一進(jìn)一回”的通風(fēng)方式，皮帶順槽進(jìn)風(fēng)，軌道順槽回風(fēng)。工作面推進(jìn)長度為1 147.1 m，開切眼長度為210 m。

2 工作面回采條件

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)三維地震勘探結(jié)果，150503工作面周邊范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造共有8個(gè)陷落柱、5個(gè)斷層。8個(gè)陷落柱分別為：MX9、JX12、JX14、XL3、XL4、XL5、XL6、XL8，5個(gè) 斷 層 分 別 為：MF39、MF25、MF41、MF42、MF43。具體位置：XL6、XL8兩個(gè)陷落柱位于工作面北側(cè)，其中150503 軌道順槽通過XL6陷落柱，XL8在工作面外部；XL3、XL4、XL5三個(gè)陷落柱位于工作面南側(cè)，在工作面外部，距皮帶順槽9～15m。有五個(gè)小于5 m的 斷 層，分 別 為MF25、MF39、MF42、MF41、MF43。除上述構(gòu)造外，工作面50 m范圍內(nèi)暫未發(fā)現(xiàn)其他影響生產(chǎn)的大型地質(zhì)構(gòu)造。

2.2 回采巷道支護(hù)

皮帶順槽和軌道順槽為矩形斷面，斷面尺寸均為4.5 m×3.3 m，采用高強(qiáng)度錨桿+單鋼筋托梁+金屬經(jīng)緯網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)[1]。頂板支護(hù)：巷道頂部錨桿規(guī)格為Φ22 mm×2400 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為1000 mm×1000 mm，頂角錨桿向兩幫傾斜20°；錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×8300 mm，間排距2400 mm×1000 mm，“2-1-2布置”；使用一根Φ16圓鋼加工的單筋梯子梁；網(wǎng)片采用對(duì)接方式，聯(lián)網(wǎng)間距為100 mm，用16#鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣。巷幫支護(hù)：巷道幫部錨桿規(guī)格為Φ22 mm×2000 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距均為1200 mm×1000 mm，錨桿垂直巷道兩幫打設(shè)，距巷幫頂部300 mm。

開切眼為矩形，斷面尺寸為7.5 m×3.1 m，采用強(qiáng)力錨桿+單鋼筋托梁+金屬經(jīng)緯網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)。頂板支護(hù)：頂錨桿規(guī)格為MSGLW-33522/2400螺紋高強(qiáng)錨桿，錨桿間排距為900 mm×1000 mm，沿巷中對(duì)稱布置；錨索形式和規(guī)格Φ17.8 mm×8300 mm鋼絞線，鉆孔直徑28 mm，錨固長度為1.5 m。巷幫支護(hù)：老塘幫錨桿等間距布置，每排3根，間距1200 mm，排距為1000 mm；中間錨桿全部水平布置，幫頂角錨桿上斜10°、底角錨桿下斜10°布置，頂角錨桿距頂板300 mm，底角錨桿距底板400 mm，錨固長度為1200 mm。煤墻幫：錨桿等間距布置，每排3根，頂角錨桿距頂板300 mm，底角錨桿距底板400 mm，間距1200 mm，排距為1000 mm，全部垂直煤墻打設(shè)。

3 回采工作面裝備選型

根據(jù)工作面周邊勘探鉆孔和實(shí)際掘進(jìn)探煤厚情況分析[2-3]，確定工作面平均煤層厚度為5.8 m。根據(jù)15號(hào)煤層地質(zhì)條件和以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定工作面采煤機(jī)割煤高度為2.8 m，放頂煤高度為3 m，采放比為1:1.07。

根據(jù)工作面回采巷道布置和計(jì)劃停采線的位置，150503工作面設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為2.02 Mt。由于礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1.5 Mt/a，本工作面的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力按照1.5 Mt/a設(shè)計(jì)，該工作面可采期為1.35 a（約16.2個(gè)月）。

3.1 采煤機(jī)選型

按綜放工作面年產(chǎn)量1.50 Mt/a計(jì)算，每天需要開采4545 t。目前，我國綜采工作面的開機(jī)率在40%～55%。該工作面配備的先進(jìn)綜采設(shè)備，可以保證開機(jī)率在50%左右。

根據(jù)15號(hào)煤層的賦存條件，確定采煤機(jī)的最大割煤高度為2.8 m，選取采煤機(jī)的滾筒直徑為1.8 m。在綜合考慮煤層的硬度、頂板巖性以及液壓支架移架步距等情況下，采煤機(jī)的截割深度確定為600 mm。

工作面日循環(huán)數(shù)可用式（1）計(jì)算：

式中：Qr為工作面日產(chǎn)量，是由礦井的產(chǎn)量決定的，取4545 t；Kl為工作面正規(guī)循環(huán)率，取0.8；L為工作面長度，與設(shè)計(jì)的長度有關(guān)，取210 m；H為工作面采高，由煤層厚度決定的，取5.8 m；B為循環(huán)進(jìn)尺，即采煤機(jī)的截割深度，取0.60 m；γ為煤的容重，γ=1.45 t/m3；C為工作面回采率，由國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，取93.1%。

將有關(guān)參數(shù)代入到式（1）中，可以得到工作面每日循環(huán)數(shù)為5.7。在實(shí)際情況下，取整數(shù)為6。

采用端部斜切進(jìn)刀方式，進(jìn)刀割煤長度為30 m，工作面采用“三八”工作制度。根據(jù)以上分析和計(jì)算以及國內(nèi)的采煤機(jī)設(shè)備情況，選擇MGTY300/730-1.1D型采煤機(jī)即可滿足要求。

3.2 前部刮板輸送機(jī)選型

在刮板輸送機(jī)選擇時(shí)，應(yīng)該滿足以下要求：（1）具有足夠的運(yùn)輸能力，能將工作面的煤炭及時(shí)的全部運(yùn)出，并留有一定的余量；（2）外型尺寸和牽引方式與采煤機(jī)配套；（3）應(yīng)該覆蓋整個(gè)回采工作面，即刮板輸送機(jī)的長度與工作面的斜長相一致。刮板輸送機(jī)采用0.75 m/s的低速運(yùn)行，實(shí)際功率按2×160 kW。

3.3 液壓支架選型

（1）支架結(jié)構(gòu)高度[4]

式中：Hmax、Hmin為支架的最大、最小高度，m；Mmax、Mmin為最大、最小采高，m。

經(jīng)過計(jì)算，Hmax=3 m，Hmin=2.45 m。

（2）支架支護(hù)強(qiáng)度

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用回歸分析計(jì)算放頂煤支架工作阻力：

式中：h為采高，取工作面實(shí)際采高2.8 m；r為頂板巖石容重，取2.5 t/m3；P為支架工作阻力，N；Lk為端面距，m；Ld為頂梁長度，m；Lj為采煤機(jī)截深，m；B0為支架寬度，m。

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入到式（4）和（5）中，可以得到液壓支架的工作阻力不應(yīng)該小于4606 kN。為了保證液壓支架的工作阻力還有一定的余量，選擇液壓支架的工作阻力應(yīng)該稍大一些。選擇ZF5000/17/28型支架，工作阻力為5000 kN，能夠滿足支護(hù)要求。

4 150503工作面頂煤冒放性分析

頂煤冒放性與開采深度有很大的關(guān)系，開采深度越大，頂煤越容易冒放。15號(hào)煤層的埋深在300～400 m 左右，因此從開采深度看，頂煤易于冒落。

按照頂煤的強(qiáng)度與破壞關(guān)系的理論計(jì)算，一般情況下，當(dāng)煤的強(qiáng)度值Rc＞20 MPa時(shí)，頂煤的破壞程度降低，其冒落性漸差。15號(hào)煤層150503工作面煤層平均為5.4 m，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，15號(hào)煤層大都具有條帶結(jié)構(gòu)，光亮的金屬光澤，次為金剛光澤，硬度大，脆度小，煤的硬度普氏系數(shù)f小于1，結(jié)合已采的放頂煤工作面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，工作面頂煤冒放性較好。此外，頂煤中的裂隙發(fā)育程度對(duì)頂煤的冒放性有著顯著的影響，頂煤節(jié)理裂隙越多，冒放性也就越好。根據(jù)15號(hào)煤層的頂煤揭露情況來看，頂煤中內(nèi)生節(jié)理和外生節(jié)理較發(fā)育。因此頂煤冒放性較好。

對(duì)頂煤冒放性影響較大的還有夾矸。當(dāng)頂煤中存在夾矸時(shí)，一方面，夾矸在頂煤中形成“骨架”，使頂煤不易垮落；另一方面，即使頂煤垮落，夾矸形成大塊，易堵口使頂煤無法放出。經(jīng)過測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，15號(hào)煤層的夾矸平均厚度為0.4 m，且多為硬度較低的泥巖和炭質(zhì)泥巖。因此，可以認(rèn)為煤層中的夾矸對(duì)15號(hào)煤層放頂煤開采影響較小。

無論從礦壓角度還是從頂煤采出率考慮，直接頂?shù)淖钚『穸葢?yīng)能夠充滿采出煤后形成的空間。150503工作面15號(hào)煤頂板多為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)粒砂巖，厚度5.4～6.2 m，平均5.8 m，局部節(jié)理裂隙發(fā)育，容易垮落；底板為泥巖，屬中等穩(wěn)定圍巖，能夠隨著工作面推進(jìn)，周期性垮落。

5 結(jié)語

結(jié)合麥捷煤礦地質(zhì)情況和150503工作面開采條件，分析了工作面主要參數(shù)，對(duì)工作面關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了選型，對(duì)放頂煤的冒放性進(jìn)行了分析論證。

150503放頂煤工作面自投產(chǎn)運(yùn)行以來，已經(jīng)安全開采120 d，共開采煤炭52萬t。經(jīng)過計(jì)算，達(dá)到了預(yù)期開采目標(biāo)。雖然在開采過程中，受到斷層構(gòu)造的影響，但是仍能保證一個(gè)較高的資源回采率。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，開采過程中的資源回采率在80%～95%左右，平均在90%左右，滿足放頂煤資源回采的要求，表明設(shè)計(jì)的放頂煤開采的采放比是合理的。