綜采工作面復(fù)雜構(gòu)造煤層開采方法研究

王 磊

(大同煤礦集團(tuán)公司云崗礦科，山西 大同 037000)

引 言

隨著我國原煤產(chǎn)量的不斷增加，煤炭開采中復(fù)雜構(gòu)造煤層所占比例逐漸增加，進(jìn)而對工作面的采煤工藝及安全性提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。對于工作面復(fù)雜構(gòu)造煤層而言，尤其工作面的特殊性和復(fù)雜性導(dǎo)致其煤層條件變化不規(guī)律，進(jìn)而對煤層工作面的生產(chǎn)管理、開采率等帶來很多問題[1]。因此，應(yīng)加強(qiáng)對綜采工作面復(fù)雜構(gòu)造煤層開采技術(shù)的相關(guān)研究，在保證復(fù)雜構(gòu)造煤層開采安全性的同時提高其回采率。

1 工程概況

以同煤某礦某工作面為研究載體，該工作面的走向長度為1 090 m。對不同預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)效應(yīng)進(jìn)行對比研究，需全面掌握該工作面頂?shù)装迩闆r。經(jīng)探測得出，該工作面的頂?shù)装迩闆r，如表1所示。

表1 工作面頂?shù)装迩闆r

根據(jù)該礦工作面圍巖的穩(wěn)定性將其分為四類，分別為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類。其中，Ⅰ類圍巖屬于穩(wěn)定性圍巖，位于巷道頂板2 m的位置內(nèi)；Ⅱ類圍巖屬于中等穩(wěn)定性圍巖，位于巷道頂板2 m～4 m的位置內(nèi)；Ⅲ類圍巖屬于不穩(wěn)定圍巖，圍巖巷道頂板4 m～6 m的位置內(nèi)；Ⅳ類圍巖屬于極不穩(wěn)定圍巖，位于巷道頂板6 m的范圍之內(nèi)[2]。本文將主要對該工作面復(fù)雜構(gòu)造煤層巷道的布置方式、回采工藝及采煤方法的選擇進(jìn)行研究。

經(jīng)探測，該工作面煤層的總體走向為40°～60°，傾角范圍為38°～63°；煤層工作面的走向長度為260 m，其中包括傾斜工作面的走向長度為174 m，煤層平均厚度為2.63 m?？偟膩碚f，該工作面煤層屬于大傾角、構(gòu)造復(fù)雜的煤層。

2 掘進(jìn)巷道布置及開采方式的選擇

2.1 掘進(jìn)巷道布置方式的選擇

合理的巷道布置方式能夠為工作面巷道支護(hù)和采煤效率的發(fā)揮起到事半功倍的效果。針對巷道的布置，應(yīng)在結(jié)合工作面現(xiàn)場地質(zhì)、煤層以及水文等條件的基礎(chǔ)上，本著最經(jīng)濟(jì)的原則開展。針對同煤某礦某工作面煤層構(gòu)造的復(fù)雜性，就掘進(jìn)巷道而言可選擇掘巖石水平大巷和在煤層中掘水平大巷。兩種掘進(jìn)巷道布置的優(yōu)劣性對比如下:

巖石大巷能夠適應(yīng)復(fù)雜構(gòu)造煤層的變化，可保證巷道直線距離最長，提高巷道的運輸效率，有效預(yù)防火災(zāi)等事故的發(fā)生。此外，巖石大巷還能夠設(shè)置煤倉。但是，巖石大巷的掘進(jìn)對設(shè)備要求較高且掘進(jìn)效率低，需排放出大量的煤矸石存在污染環(huán)境的風(fēng)險[3]。

煤層大巷具有掘進(jìn)效率高，尤其是對于復(fù)雜構(gòu)造煤層而言該布置方式能夠探明工作面的地質(zhì)以及煤層存儲情況，對后續(xù)煤層的開采可提高其產(chǎn)量。此外，煤層大巷前期投入成本較低，可在短時間內(nèi)達(dá)到效果，且不要排放出矸石不會對環(huán)境造成污染。但是，煤層大巷在后期的維護(hù)費用較高且其靈活性較差。

綜上所述，鑒于該工作面的地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層頂板比較軟弱容易破碎且巷道內(nèi)地應(yīng)力較大，結(jié)合煤層大巷和巖石大巷的優(yōu)劣勢對比結(jié)果，最終選在該工作面采用巖石水平大巷的布置方式。

2.2 開采方式的選擇

鑒于同煤某礦工作面煤層傾角較大且構(gòu)造復(fù)雜，針對此種煤層特點可選用的開采方式如下：偽斜柔性掩護(hù)支架采煤法、斜坡陷落采煤法、俯偽斜走長壁分段密集采煤法、斜臺階采煤法、長空爆破采煤法等。雖然，可應(yīng)用于復(fù)雜構(gòu)造、大傾角煤層的開采方法較多，但是各種采煤方法均有其一定的局限性[4]。目前，對于大傾角、煤層厚度變化不規(guī)則的工作面，為保證采煤方法對工作面地質(zhì)條件具有較好的適用性，常采用偽斜柔性掩護(hù)支架采煤法，其對應(yīng)的布置情況，如圖1所示。

圖1 偽斜柔性掩護(hù)支架布置圖

為進(jìn)一步保證復(fù)雜構(gòu)造煤層生產(chǎn)的安全性和回采率，針對該工作面的地質(zhì)條件選擇偽斜柔性掩護(hù)支架采煤法，具體涉及到的液壓支架為：“八”字型掩護(hù)支架與單體液壓支柱相結(jié)合的采煤方式。

3 回采巷道與回采方式的選擇

3.1 回采巷道的布置

結(jié)合該工作面地質(zhì)、煤層條件的結(jié)果，為簡化生產(chǎn)系統(tǒng)提高工作面煤炭的產(chǎn)煤率、安全性和生產(chǎn)效率，該工作面采用偽斜上山工作面分段出煤的布置方式，對應(yīng)的巷道布置剖面圖，如圖2所示。

如圖2所示，工作面及其斜坡采用煤炭自溜的方式運煤，途徑西二坡、東一坡等運出。在上述巷道布置的基礎(chǔ)上，其中涉及到三項主要工作包括有：在工作面的上方不斷接長掩護(hù)支架，在工作面的下方拆卸掩護(hù)支架，在掩護(hù)支架的作用下完成采煤任務(wù)。

圖2 31303工作面巷道布置剖面圖

3.2 回采工藝的設(shè)計

工作面主要采用放炮落煤的方式對進(jìn)行開采，根據(jù)工作面的現(xiàn)場情況分別將炮眼劃分為：工作面底部端炮眼、中部刷幫眼以及上部刷幫眼[5]。具體設(shè)計如下：

1)工作面底部端炮眼的臺階高度應(yīng)小于1.2 m，炮眼數(shù)量應(yīng)控制在3個～4個為最佳，并保證炮眼之間的間距范圍控制在400 mm～600 mm。而且，在每個炮眼中填裝炸藥的數(shù)量不超過3條；

2)根據(jù)工作面的條件將刷幫炮眼布置為上下兩排(即為中部刷幫炮眼和上部刷幫炮眼)。其中，上部刷幫炮眼距離支架上肢的距離為0.4 m，且保證每個炮眼的間距為0.5 m；中部刷幫炮眼的間距為0.8 m，上排與下排炮眼的間距為0.8 m。

根據(jù)生產(chǎn)要求，工作面炮眼的響炮順序依次為：中部刷幫炮-上部刷幫炮-底部端炮。各炮眼的關(guān)鍵參數(shù)，如表2所示。

表2 工作面炮眼關(guān)鍵參數(shù)

4 結(jié)語

對于工作面構(gòu)造復(fù)雜的煤層而言，常規(guī)開采方式存在支護(hù)管理難度大、回采率低的問題。為此，本文以同煤某礦某工作面對其復(fù)雜構(gòu)造煤層的開采方法進(jìn)行研究，具體總結(jié)如下：

1)為該工作面掘進(jìn)巷道選用巖石水平大巷的布置方式，回采巷道偽斜上山工作面分段出煤的布置方式；

2)針對該工作面，在對其地質(zhì)、煤層等條件分析的基礎(chǔ)上得出其為大傾角、構(gòu)造復(fù)雜的煤層，為其選擇“八”字型掩護(hù)支架與單體液壓支柱相結(jié)合的偽斜柔性掩護(hù)支架采煤法；采用放炮落煤的回采工藝，并根據(jù)現(xiàn)場條件設(shè)計工作面底部端炮眼、中部刷幫眼以及上部刷幫眼的三種炮眼。