曹黎宏

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)臺(tái)頭煤焦有限責(zé)任公司，山西 臨汾 042100）

據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量在全球范圍內(nèi)處前列，而且國(guó)內(nèi)厚煤層的儲(chǔ)量占據(jù)所有煤層的接近50%。針對(duì)厚煤層的開(kāi)采如何實(shí)現(xiàn)安全、高效、合理的開(kāi)采對(duì)于保證煤礦的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力具有重要意義。目前，針對(duì)我國(guó)煤層、地質(zhì)條件可適用的采煤工藝包括有分層綜合機(jī)械化開(kāi)采、綜放開(kāi)采以及大采高綜采。近年來(lái)，隨著大采高綜采工藝的不斷成熟，國(guó)內(nèi)許多礦井所采用的采煤工藝正在從綜放開(kāi)采到大采高開(kāi)采轉(zhuǎn)型[1]。而對(duì)于綜放開(kāi)采和大采高綜合而言，二者在工作面液壓支架載荷以及頂板控制方面存在較大的差異。因此，開(kāi)展綜放開(kāi)采和大采高綜采兩種工藝下的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的研究意義重大。

1 工程概況

以山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)臺(tái)頭煤焦有限責(zé)任公司5401 綜采工作面和1405 綜采工作面為例開(kāi)展研究，具體對(duì)兩個(gè)綜采工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行對(duì)比分析。首先，對(duì)兩個(gè)綜采工作面的地質(zhì)條件及開(kāi)采條件進(jìn)行概述。

1.1 5401 綜采工作面工程概況

5401 綜采工作面采用“三進(jìn)兩回”的形式對(duì)巷道進(jìn)行布置，工作面巷道的斷面形狀為矩形，具體尺寸為5.0 m×3.8 m；該工作面所采用的支護(hù)方式以錨網(wǎng)支護(hù)為主，以錨索支護(hù)為輔。該綜采工作面煤層的平均厚度為6.3 m，煤層的最大傾角為14°，最小傾角為1°，平均傾角為5°。5401 綜采工作面的頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 5401 綜采工作面頂?shù)装迩闆r

目前，該工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式采高綜采工藝，采煤機(jī)對(duì)應(yīng)的采煤高度為6 m，采用雙向開(kāi)采的方式。煤炭可推進(jìn)工作面的長(zhǎng)度為7.785 m。

1.2 1405 綜采工作面工程概況

1405 綜采工作面煤層的平均厚度為5.36 m，最大煤層傾角為-3°，最小煤層傾角為-10°，煤層平均傾角為－6°。1405 綜采工作面的頂?shù)装迩闆r如表2 所示。

表2 1405 綜采工作面頂?shù)装迩闆r

1405 綜采工作面采用三巷的方式進(jìn)行布置，其斷面形狀為矩形，具體尺寸為4.3 m×3.0 m；工作面的總的走向長(zhǎng)度為538.6 m，其中傾斜工作面的長(zhǎng)度為145.8 m。目前，該工作面所采用的采煤工藝為放頂煤一次采全高，其中采煤機(jī)的采煤高度為2.8 m，放頂煤高度為2.56 m。該采煤工藝下對(duì)應(yīng)采煤機(jī)回采率為95%，放頂煤的回采率為80%；對(duì)應(yīng)的綜合回采率為88%。

2 采煤工藝對(duì)圍巖控制的影響分析

針對(duì)不同采煤工藝下對(duì)綜采工作面圍巖的控制效果的對(duì)比分析，本文將從不同采煤工藝下對(duì)應(yīng)工作面的覆巖結(jié)構(gòu)特征、工作面來(lái)壓特征、支架載荷、支撐壓力以及煤壁穩(wěn)定性幾個(gè)層面進(jìn)行綜合分析[2]。

2.1 采煤工藝對(duì)工作面覆巖結(jié)構(gòu)特征的影響

首先，從理論結(jié)構(gòu)模型的層面對(duì)不同采煤工藝下對(duì)應(yīng)綜采工作面的覆巖結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行研究（如圖1 所示）。

圖1 不同采煤工藝下工作面覆巖結(jié)構(gòu)模型對(duì)比

不同采煤工藝下對(duì)應(yīng)綜采工作面的覆巖結(jié)構(gòu)模型之間的差異最直觀的表現(xiàn)為工作面地表的沉降參數(shù)存在較大的差異[3]。就5401 和1405 綜采工作面實(shí)際開(kāi)采時(shí)地表的沉降參數(shù)進(jìn)行對(duì)比并總結(jié)如下：

1）5401 綜采工作面地表的最大下沉量為5 178 mm，而1405 綜采工作面的最大下沉量為1 445 mm；對(duì)應(yīng)的5401 綜采工作面的最大下沉速度為277mm/d；而1405 在綜采工作面的最大下沉速度為45 mm/d。

2）鑒于5401 工作面的采高遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1405 工作面，在實(shí)際開(kāi)采中5401 工作面地表的移動(dòng)量和移動(dòng)的劇烈程度明顯大于1405 工作面。

2.2 采煤工藝對(duì)工作面來(lái)壓特征的影響

同樣以本文所研究的兩個(gè)綜采工作面為例具體分析不同采煤工藝下工作面的來(lái)壓特征進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表3 所示。

表3 5401 和1405 綜采工作面來(lái)壓特征影響

受采煤工藝對(duì)綜采工作面來(lái)壓特征存在差異的影響，在實(shí)際生產(chǎn)中5401 綜采工作面的平均推進(jìn)速度為6 m/d；1405 綜采工作面的平均推進(jìn)速度僅為1.8 m/d?？偟膩?lái)講，大采高開(kāi)采工藝下直接頂?shù)某醮慰迓洳骄啻笥诰C放開(kāi)采工藝；兩采煤工藝下對(duì)應(yīng)的老頂初次垮落步距幾乎一致；大采高工藝下老頂?shù)某醮蝸?lái)壓的劇烈程度遠(yuǎn)大于綜放開(kāi)采工藝下的初次來(lái)壓。

2.3 采煤工藝對(duì)支架載荷的影響分析

目前，在實(shí)際生產(chǎn)中5401 綜采工作面所配置液壓支架為四柱式，該型液壓支架的額定工作阻力為4 950 kN，額定初撐力為3 958 kN；1405 綜采工作面所配置的液壓支架為兩柱式，該型液壓支架的額定工作阻力為12 000 kN，額定初撐力為7 917 kN[4]。在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中兩種采煤工藝下對(duì)應(yīng)的液壓支架工作阻力特征如表4 所示。

表4 不同采煤工藝下液壓支架工作阻力特征 kN

如表4 所示，大采高開(kāi)采工藝下工作面頂板對(duì)液壓支架的壓力遠(yuǎn)大于1405 工作面所采用的綜放工藝。導(dǎo)致上述現(xiàn)象的主要原因在于：大采高工藝下液壓支架的直接傳遞介質(zhì)為巖層，巖層的傳遞性較好導(dǎo)致支架在來(lái)壓期間的載荷較大；而綜放工藝下液壓支架的直接傳遞介質(zhì)為煤層，由于煤層的泄壓能力優(yōu)于巖層，其對(duì)應(yīng)支架在來(lái)壓期間的載荷較小[5]。

此外，在實(shí)際開(kāi)采中5401 綜采工作面煤壁片幫主要表現(xiàn)為三種形式，分別為全煤壁片幫、半煤壁片幫以及片幫并冒頂；而1405 綜采工作面煤壁片幫的主要形式表現(xiàn)為拉裂破壞和剪切破壞。具體量化分析如下：

5401 綜采工作面片幫深度大于600 mm 的占比為26%；而1405 綜采工作面片幫深度大于600 mm的占比僅為11%。即，5401 綜采工作面的片幫現(xiàn)象角1405 綜采工作面嚴(yán)重。

3 結(jié)論

分層綜采、大采高綜采和綜放開(kāi)采為當(dāng)前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的開(kāi)采工藝。對(duì)于不同采煤工藝在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)工作面的圍巖控制產(chǎn)生不同的影響。本文以5410 綜采工作面和1405 綜采工作面為例對(duì)大采高綜采和綜放開(kāi)采工藝下對(duì)工作面圍巖控制的影響進(jìn)行具體研究，并總結(jié)如下結(jié)論：

1）大采高工藝下對(duì)應(yīng)工作面的老頂來(lái)壓、支架載荷以及動(dòng)載荷系數(shù)等均遠(yuǎn)大于綜放開(kāi)采工藝；

2）大采高工藝對(duì)應(yīng)工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律角綜放開(kāi)采工藝顯著；

3）大采高工藝和綜放開(kāi)采工藝下工作面的頂板冒頂以及片幫的主要形式存在一定的差異，需針對(duì)性的對(duì)頂板和兩幫進(jìn)行支護(hù)。