張慶林

（山西焦煤西山煤電西銘礦，山西 太原 030000）

0 引言

煤炭開采屬于一項復(fù)雜且綜合性的工程，對于不同的煤層，由于其地質(zhì)條件、煤層條件以及瓦斯等條件存在差異性，需采用合適的開采方案和回采工藝才能夠達到預(yù)期的開采效果。對于綜采工作面煤層而言，由于其開采條件與其他普通煤層的存在明顯的差異，在實際開采中存在礦壓現(xiàn)象劇烈、頂板管理困難、單產(chǎn)率低等問題[1]。本文將結(jié)合實踐生產(chǎn)對綜采工作面煤層的開采方案和回采工藝進行優(yōu)化選擇。

1 工程概況

102#的煤層處于綜采工作面的煤層。經(jīng)探測，該煤層的厚度為21.42～25.36 m，其中可開采煤層的厚度為19.8～23.5 m 之間，煤層平均厚度為14.53 m。該綜采工作面煤層結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，其中夾雜有2～10 層的煤矸石；而且煤層硬度相對較小，屬于松軟性煤層，硬度系數(shù)最大為1。102#煤層的地質(zhì)條件，如表1 所示。

表1 102#綜采工作面煤層地質(zhì)條件

102#綜采工作面煤層瓦斯的最大相對涌出量為10.17 m3/t；經(jīng)核算，整個煤層的瓦斯儲量可達2 696×104m3。該煤層老頂屬于整個礦井的第二含水層，底板屬于整個礦井的第二含水層，在實際生產(chǎn)中最大涌出量為5 m3/h。

2 綜采工作面煤層開采方案的設(shè)計與選擇

2.1 開采方案的選擇

結(jié)合102# 綜采工作面煤層周圍煤層的開采經(jīng)驗，針對此煤層擬采用綜采放頂開采方案或滑移支架放頂煤開采方案；這兩種開采方案的優(yōu)劣勢對比如下：

對于102#綜采工作面煤層而言，根據(jù)其礦壓現(xiàn)象規(guī)律，采用綜采放頂煤采煤時所配套的支承掩護式放頂煤支架從技術(shù)和管理層面是可行的；同時，該煤層工作面的走向長度為150 m，在頂板管理方面也相對簡單。

當采用滑移支架放頂煤開采方案時，其主要應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)于短壁工作面且煤層硬度系數(shù)屬于中硬等級的工作面；針對102#綜采工作面相對較軟的煤層而言，采用滑移支架時存在如下問題：滑移支架在頂板支護面積較小且無底座，容易導(dǎo)致頂板被破壞，底板被鉆通；當滑移支架應(yīng)用于大于150 m 走向長度的工作面時，對應(yīng)工作面頂板管理相對較難。

綜上所述，針對102#綜采工作面煤層的開采應(yīng)采用綜采放頂煤開采工藝[2]。

2.2 巷道布置方案的選擇

由于102# 綜采工作面煤層中存在夾矸石的條件，對應(yīng)開采期間的巷道布置提出如下兩種方案：

方案一：將綜采工作面的兩道布置在煤層中含矸層的上方，即將含矸層視為工作面的底板；同時，保證工作面底板與含矸層之間預(yù)留平均厚度為2 m 的底煤。此方案對應(yīng)可開采煤層的厚度為16～17 m。

方案二：將綜采工作面的兩道布置在煤層中含矸層的下方，對應(yīng)工作面底板為102#綜采工作面煤層的底板。

綜合對比上述兩種巷道布置方案，采用方案一開采時不會受到含矸層的影響，而采用方案二開采時含矸層會影響放頂煤的效果。因此，采用方案一對綜采工作面的兩道進行布置[3-4]。

2.3 關(guān)鍵設(shè)備的選型

結(jié)合“2.1”和“2.2”的分析結(jié)果，確定采用支撐掩護式放頂煤支架開展綜合放煤頂煤開采方案對102#綜采工作面煤層的開采。因此，選用合理且最佳液壓支架尤為重要。本工程所采用液壓支架的具體型號為ZFS3600/17/28，具體配套數(shù)量，如表2 所示。

上述液壓支架的工作阻力為2 600 kN，初撐力為2 544 kN，移架力為503 kN。此外，與液壓支架相配套其他核心設(shè)備的選型結(jié)果，如表3 所示。

3 綜采工作面煤層回采工藝的設(shè)計

結(jié)合102#綜采工作面煤層的地質(zhì)、煤層以及水文條件，并參照相鄰煤層的回采工藝重點對回采率、放煤步距、生產(chǎn)能力、回采工藝以及支護進行設(shè)計。

3.1 回采率、放煤步距以及生產(chǎn)能力的設(shè)計

參照與102#綜采工作面煤層周邊103#和105#煤層的綜采放煤經(jīng)驗參數(shù)，將該工作面煤層的回采率設(shè)計為83%。

同理，參照103#、105#煤層的放煤情況，確定該工作面的放煤步距為1.2 m，采用“兩采一放”的開采工藝進行開采。根據(jù)所選型關(guān)鍵設(shè)備的生產(chǎn)能力，工作面每天可推進2.4 m，每個月按照28d 工作計算，則該工作面每年的生產(chǎn)能力可達140.56 萬t。

3.2 回采工藝的設(shè)計

根據(jù)表3 中所選型的綜采設(shè)備，并同樣參照103和105#煤層的開采工藝；針對102#綜采工作面煤層的回采工藝如下：采煤先上行對煤層截割-液壓支架完成移架操作-采煤機下行完成裝煤-移下段30 m前部溜子-截割三角煤-移上段前溜-完成放頂煤操作-對浮煤進行清理[5]。

3.3 支護設(shè)計

針對102#綜采工作面煤層的地質(zhì)條件，最終確定的支護方案如下：

頂板每排布置錨桿的數(shù)量為10 根，頂板錨桿的間排距為900 mm×900 mm；兩幫每排布置錨桿的數(shù)量為3 根，兩幫錨桿的間排距為1 200 mm×900 mm；錨索采用3-4-3 進行布置，錨索間排距為2 000 mm×1 800 mm。

4 總結(jié)

根據(jù)102#綜采工作面煤層、地質(zhì)等條件設(shè)計的開采方案和回采工藝應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，對其實際應(yīng)用效果進行分析，主要從經(jīng)濟和效益兩方面進行綜合評估。

采用上述所設(shè)計的開采方案與傳統(tǒng)開采方案相比可以減少現(xiàn)場設(shè)備的一次回撤和安裝此處，總共可節(jié)約費用223.5 萬元；同時，對綜采工作面煤層的開采極大的提升了煤層的開采率，按照65%的回收率計算，該工作面的開采煤炭資源約2 530.45 萬t，最終可直接收益約27 億元。

從社會效益來看，綜采放煤頂煤開采方案在綜采工作面煤層的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)開采方案所引發(fā)的礦壓顯現(xiàn)明顯、頂板管理困難、單產(chǎn)率低等問題。