煤層回采方案設(shè)計(jì)

郝 宇

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司屯蘭礦，山西 古交 030200）

煤礦工作面的開采方式和所選型設(shè)備的生產(chǎn)能力是決定整個(gè)工作面開采效率的關(guān)鍵。目前，針對(duì)煤礦工作面可采用放頂煤開采、大采高一次采全高以及分層開采等多種開采方式。但在實(shí)際應(yīng)用各個(gè)開采方式均存在一定的不足[1]。因此，為確保煤礦工作面生產(chǎn)效率達(dá)到最佳，需根據(jù)工作面實(shí)際情況對(duì)選擇最佳開采方案。本文將針對(duì)某煤礦設(shè)計(jì)最佳煤層回采方案。

1 工程概述

該煤礦的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬t/a；煤礦的最大涌水量為132 m3/h，一般涌水量可達(dá)91 m3/h。目前，該煤礦可開采的煤層包括有7號(hào)、9號(hào)、12號(hào)、13號(hào)等7個(gè)煤層。本文以其中的9號(hào)煤層的開采進(jìn)行研究，其對(duì)應(yīng)的頂?shù)装迩闆r如表1所示。

表1 9號(hào)煤層頂?shù)装迩闆r

9號(hào)煤層對(duì)應(yīng)的煤層厚度范圍從4.0～6.5 m，其平均煤層厚度為5.5 m；對(duì)應(yīng)煤層傾角范圍為1°～6°，煤層平均傾角為4°?？偟膩碇v，9號(hào)煤層屬于穩(wěn)定煤層。除上述地質(zhì)、煤層以及水文條件外，影響工作面回采的其他因素包括有工作面煤塵的爆炸指數(shù)、低溫危害、沖擊低壓危害以及煤的自然傾向性等。此外，9號(hào)煤層所屬工作面的兩面為已經(jīng)采空的區(qū)域，需對(duì)工作面的圍巖壓力明顯的地段進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)。

2 煤層開采方案的選擇

綜合上文中對(duì)9號(hào)煤層工作面地質(zhì)、水文、瓦斯、煤層等條件以及影響回采效率因素分析的結(jié)果，9號(hào)煤層可選擇分層開采、放頂煤開采以及大采高一次采全高等開采方式。

所謂分層開采指的是將煤層分為兩個(gè)分層，并對(duì)所分層煤層進(jìn)行分別開采。分層后采用下行開采順序，將上層開采形成的采空區(qū)進(jìn)行垮落處理，下層在垮落后頂板下開采。在實(shí)際應(yīng)用中，為保證下層開采的安全，需在上層鋪設(shè)人工假頂[2]。

所謂放頂煤開采指的是將采煤機(jī)的割煤和放煤同時(shí)進(jìn)行，其主要適用于煤層厚度在5～12 m，煤炭普氏系數(shù)小于3，煤層埋藏深度大于100 m工作面的開采，尤其是適用于急傾斜特厚煤層的開采[3]。

所謂大采高開采方式適用于煤層厚度在3.5～6.0 m之間，煤層傾角最大不超過18°，煤層頂板較硬工作面的開采[4]。

上述三種開采方式的優(yōu)劣勢分析如表2所示。

表2 不同開采的優(yōu)劣勢分析

9號(hào)煤層頂板較硬且煤層厚度較小，加之分層開采達(dá)到火災(zāi)隱患較高且對(duì)應(yīng)工作面的掘進(jìn)成本較高。因此，針對(duì)9號(hào)煤層開采主要從放頂煤開采和大采高開采兩種方式中進(jìn)行優(yōu)選。結(jié)合模糊綜合評(píng)判理論對(duì)放頂煤開采和大采高開采進(jìn)行定量對(duì)比分析，得出如表3所示的結(jié)果。

表3 大采高與放頂煤開采方式定量分析 %

分析表3可知，大采高開采方式與放頂煤開相對(duì)雖然成本較高且工藝相對(duì)復(fù)雜，但是大采高開采方式對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量、回收率以及采煤效率等幾項(xiàng)關(guān)鍵考核指標(biāo)均優(yōu)于放頂煤開采方式。因此，針對(duì)9號(hào)煤層應(yīng)選用大采高開采方式。

3 9號(hào)煤層開采方案的設(shè)計(jì)

經(jīng)上文中對(duì)不同開采方式優(yōu)劣勢的綜合比對(duì)，確定最佳開采方式為大采高開采方式。本節(jié)將對(duì)大采高開采下的采煤方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 巷道的布置

結(jié)合9號(hào)煤層工作面的實(shí)際布局情況，將其對(duì)應(yīng)的巷道布置設(shè)計(jì)為如圖1所示。

圖1 巷道布置設(shè)計(jì)圖

9號(hào)煤層工作面對(duì)應(yīng)的切眼均是沿著煤層底板進(jìn)行布置的，工作面支護(hù)以錨網(wǎng)支護(hù)為主。在大采高開采方案下，工作面具體開采方法為傾斜長壁后退式。

3.2 采煤工藝設(shè)計(jì)

9號(hào)煤層工作面的采煤工藝具體描述如下：采煤機(jī)朝著機(jī)頭或機(jī)尾方向推進(jìn)完成三角煤的截割任務(wù)；截割完成后朝著機(jī)尾或者機(jī)頭的方向推進(jìn)采煤機(jī)完成截割任務(wù)；截割后完成液壓支架的推移支護(hù)任務(wù)，與此同時(shí)對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行推移[5]。

考慮到9號(hào)煤層的地質(zhì)、煤層等條件所設(shè)計(jì)采煤機(jī)的截割深度為0.6 m，采煤機(jī)的推進(jìn)速度不得超過8 m/min。此外，為保證刮板輸送機(jī)的使用壽命，在推移刮板輸送機(jī)時(shí)其對(duì)應(yīng)的彎曲段不得超過20 m。

采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)以及液壓支架為綜采工作面的核心設(shè)備，針對(duì)9號(hào)煤層的所選型三機(jī)的具體型號(hào)：采煤機(jī)：MG 800/2040-WD（1臺(tái)）；刮板輸送機(jī)SGZ-1000/2×855（1臺(tái)）；液壓支架ZY10000/27/56（124組）。

4 結(jié)論

煤炭采出率、回收率、生產(chǎn)成本以及安全性等為煤礦企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。為保證煤礦工作面高產(chǎn)、高效、安全的生產(chǎn)，需結(jié)合工作面的地質(zhì)、水文、煤層等條件完成對(duì)開采方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并根據(jù)所選型開采方案對(duì)采煤工藝和巷道布置進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。本文以9號(hào)煤層工作面的開采為例研究，得出如下結(jié)論：

1）經(jīng)對(duì)分層開采、大采高開采以及放頂煤開采三種方案優(yōu)劣勢和適用范圍進(jìn)行綜合分析，并結(jié)合9號(hào)煤層的條件，最終選擇大采高開采方案。

2）9號(hào)煤層實(shí)際開采方法為傾斜長壁后退式開采，采用垮落法對(duì)頂板進(jìn)行管理。