中厚煤層一次采全高回采工藝的改進(jìn)與驗算

摘 要：一次采全高工藝作為中厚煤層常采用的采煤工藝，為進(jìn)一步提高該采煤工藝下的回采率，本文在分析原有回采工藝缺陷的基礎(chǔ)上提出了走向長壁式回采工藝，分析該工藝下的支護(hù)安全系數(shù)是否滿足要求，并對原有采后管理進(jìn)行了優(yōu)化分析。

關(guān)鍵詞：中厚煤層;回采;支護(hù);校核;采后管理

1 煤層情況簡介

本文所研究的煤層厚度為1.2-1.6m，傾角為45°-55°。該煤層的底板和頂板分別為細(xì)砂巖和粉砂巖，其中細(xì)砂巖的厚度為4.7m，粉砂巖的厚度為11m[1]。經(jīng)分析，該煤層在開采過程中未出現(xiàn)明顯的周期壓力和初次壓力礦壓等。

2 回采工藝的改進(jìn)方案

針對該煤層的厚度、傾角以及頂板和地板的情況分析，該煤層采用一次全采高的開采方式，為了提高煤炭的開采率先后采用了倉儲式、倒臺階式等回采方式[2]。為了進(jìn)一步提高煤層的回采效率，本文結(jié)合頂板和頂板的提出了走向長臂后退式回采工藝，具體方案說明如下：

（1）回采工藝的支護(hù)方案設(shè)計：針對該煤層的特點(diǎn)，工作面所采用的支護(hù)方式為單體液壓支柱的3排6柱的支護(hù)方式，且每排支柱的相距1.2m，每根支柱相距0.8m。結(jié)合煤層的傾角范圍，支護(hù)朝向采空區(qū)傾斜2°-3°。

（2）綜采工作面的防護(hù)方案設(shè)計：由于該煤層的傾角較大，存在有片幫煤及偽頂下落的情況發(fā)生，容易造成人員傷亡。故，在回采過程中將綜采工作面的煤層的仰角開采為8°-10°。將每排支護(hù)設(shè)備采用9.3的鋼絲繩連接，防止支護(hù)設(shè)備失效下竄。

（3）擋煤板的設(shè)計：由于該煤層的傾角較大，煤炭由于打炮的原因容易落入采空區(qū)。故，在第三排支柱上用廢舊的皮帶做成一道擋煤板，防止煤炭落入采空區(qū)，從而提高了綜采工作面煤炭的回收效率。

3 支護(hù)方式的可行性驗算

3.1 頂板壓力的計算

針對本文所提出了回采工藝，綜采工作面所采用的支護(hù)方式為3排6柱的單體液壓支架支護(hù)，且該液壓支柱的型號為DE-1.6型。

（1）頂板一次冒落高度分析

頂板一次冒落由式（1）計算所得：

其中，H為頂板一次冒落的高度值;M為煤層厚度，由于該煤層采用一次全采高工藝，故M即為采高，M=1.45m;為巖石初始碎漲系數(shù)，取=1.35。上述數(shù)據(jù)代入式（1）可得：H=4.14m。

（2）頂板壓力分析

頂板壓力由式（2）計算可得：

其中，H為頂板一次冒落的高度，取H=4.14m;L為該煤層綜采工作面的傾斜長度，取L=100m;為綜采工作面的最大控頂距，取=4.4m;r為該煤層頂板巖石的容重，取r=。將上述數(shù)據(jù)代入式（2）可得，頂板壓力P=5920.2t

（3）單位工作面壓力分析

單位綜采工作面壓力由式（3）計算可得：

其中，為單位綜采工作面的壓力值;P為綜采工作面的頂板壓力值，P=5920.2t;S為綜采工作面的支護(hù)總面積，經(jīng)計算S=440。將上述數(shù)據(jù)代入式（3）得，

3.2 支護(hù)安全系數(shù)校核

綜采工作面中人行道的每排支柱相距1.2m，工作面傾斜每根支柱相距0.8m。此外，靠近采空區(qū)的支柱的傾斜角度為2-3°，靠近人行道的傾斜角度為3-5°，每個支柱上方的頂帽規(guī)格為。

（1）每根支柱承受力分析

每根支柱的承受力計算由式（4）計算可得：

其中，為每根支柱的承受力;為該綜采工作面頂板壓力，P=5920.2t;Z為綜采工作面支柱個數(shù)，經(jīng)統(tǒng)計Z=756根。經(jīng)上述數(shù)據(jù)代入式（4）得：=t/根。

（2）工作面支護(hù)密度分析

工作面支護(hù)密度計算由式（5）計算可得：

其中，為綜采工作面的支護(hù)密度;Z為綜采工作面支柱個數(shù)，經(jīng)統(tǒng)計Z=756根;S為綜采工作面的支護(hù)總面積，經(jīng)計算S=440。經(jīng)上述數(shù)據(jù)代入式（5）可得：W=1.72根/m2

（3）安全系數(shù)校核

安全系數(shù)由式（6）計算可得：

其中，為安全系數(shù);為每根支柱的承受力。經(jīng)計算可得，K=2.78滿足綜采工作面的安全基本系數(shù)2.5[3]。

經(jīng)計算可知：本文所提出的走向長壁式回采工藝的支護(hù)方案滿足正常開采時的支護(hù)要求。

4 采后管理的完善

4.1 原采后管理的缺點(diǎn)及難點(diǎn)分析

基于原有采煤工藝的基礎(chǔ)上，原采后采用的煤垛留巷。但是，由于工作面的煤層相對較為松軟，且煤層存在有層節(jié)里發(fā)育的情況。經(jīng)分析，與該煤層相適應(yīng)的護(hù)巷煤柱的尺寸為，其中沿工作面走向的長度為5m，傾斜方向的長度為8m。但是，在實際實施過程中每沿工作面推進(jìn)5m，還需開山眼，且其工序相對復(fù)雜，無形中增加了煤炭的損失，進(jìn)而降低了煤炭的回采率。

4.2 采后管理改進(jìn)方案

為了有效解決4.1中所述的問題，在掘進(jìn)采煤順槽巷時，在原有支護(hù)方式的基礎(chǔ)上，再采用錨索掛網(wǎng)和鋼帶對其支護(hù)。具體操作方案為：在巷道的頂板和底板各安裝一顆錨索，并在煤壁上方掛網(wǎng)。并將金屬網(wǎng)通過錨索和鋼帶固定在煤壁上，以保證煤壁不受放炮震動及風(fēng)化等原因的影響而出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象。經(jīng)分析，基于上述加強(qiáng)支護(hù)的方式，使得原有巷道的留用效果得到了有效的改善。

5 總結(jié)

為減少煤炭在開采過程中的浪費(fèi)，在實際開采中常采用回采工藝解決上述問題。本文所提出的走向長臂式回采工藝從提高回采率、加強(qiáng)支護(hù)能力，提高工作面安全系數(shù)等方面解決了原回采工藝的缺陷。此外，在掘進(jìn)采煤順槽巷時采用錨索和鋼帶在煤壁上方掛網(wǎng)的方式也大大改善了有巷道的留用效果，為提高煤炭回采效率，減少煤炭的浪費(fèi)具有一定的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]勾攀峰，侯朝炯.回采巷道錨桿支護(hù)頂板穩(wěn)定性分析[J].煤炭學(xué)報，1999（5）：466-470.

[2]楊雙鎖.煤礦回采巷道圍巖控制理論探討[J].煤炭學(xué)報，2010，35（11）：1842-1853.

[3]歐陽化兵.河臺金礦礦柱回采方法的改進(jìn)[J].黃金，2002，23（2）：22-25.

作者簡介：

李彥龍（1989.1—），男，2009年畢業(yè)于山西煤炭管理干部學(xué)院，助理工程師，研究方向：采煤工程。