預采頂分層綜采放頂煤采煤法在軒崗礦區5#煤層應用的可行性研究

宋付明

摘要：采用預采頂分層綜采放頂煤采煤法開采5號煤層可從根本上解決幾個難題：可解決5號煤層采掘工作面瓦斯管理及通風管理困難的問題；在一定程度上可解決沿5號煤層底板掘進時頂板管理困難及煤塵大的問題；有利于沿底綜采放頂煤工作面頂板管理并加快工作面推進速度；有利于提高煤質，提高煤炭回收率。

關鍵詞：預采頂分層放頂煤采煤法軒崗礦區5#煤層應用可行性研究

中圖分類號：TD823.49 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0084-01

預采頂分層綜采放頂煤采煤法一般用于厚度在10m以上，直接頂堅硬不易冒落或煤層瓦斯含量大，需要預先排放瓦斯的厚煤層的開采。

軒崗礦區5號煤層情況：5號煤層位于太原組下部。為主要可采穩定煤層。煤層厚度5.70～22.15m，平均12.34m。頂板一般為砂質泥巖、石灰巖及泥巖，砂質泥巖厚度一般為：5～16.23m，含黃鐵礦結核。底板一般從上至下依次為：細砂巖、石灰巖、泥巖、粉砂巖、K1細砂巖。

軒崗礦區焦家寨礦瓦斯情況：焦家寨礦屬高瓦斯礦井，從近幾年瓦斯等級鑒定結果來看，瓦斯絕對涌出量在逐年增加，隨著開采深度的增加瓦斯絕對涌出量還會繼續增大。

軒崗礦區5號煤層平均厚度在10m以上，煤層瓦斯含量大，煤質松軟，現采用沿5號煤層底板用風鎬掘進綜采放頂煤工作面回采巷道；由于掘進過程中5號煤極易冒落，冒落后瓦斯涌出量明顯增大，瓦斯經常超限；5號煤綜放工作面在回采過程中，采煤機割煤時富存在煤層中的瓦斯大量釋放出來，放煤時采空區瓦斯也大量釋放，造成工作面、上隅角、回風流瓦斯極易超限。給安全生產帶來極大隱患，因此5號煤頂板管理和瓦斯管理已成為全礦安全工作的重中之重。

鑒于軒崗礦區5號煤層的賦存條件及礦井實際情況，軒崗礦區宜采用預采頂分層綜采放頂煤采煤法開采5號煤層，即先沿5號煤層頂板下布置頂分層回采工作面，采用金屬網假頂全部垮落法進行回采，采高控制在2～2.2m之間，待采完頂分層后，再沿5號煤層底板布置綜采放頂煤工作面進行回采。

頂分層回采巷道可采用輕型綜掘機掘進；頂分層工作面可采用綜采支架管理頂板、單滾筒采煤機割煤、刮板運輸機運煤；底分層工作面仍采用現綜采低位放頂煤采煤法回采。

采用預采頂分層綜采放頂煤采煤法開采5號煤層可從根本上解決幾個困擾軒崗礦區開采5號煤層存在的問題，從而為安全生產創造有利條件。

1可解決5號煤層采掘工作面瓦斯管理及通風管理困難的問題

軒崗礦區現5#煤綜采放頂煤工作面掘進回采巷道時由于瓦斯涌出量大，瓦斯極易超限，故在巷道兩幫施工鉆場及抽放鉆孔使用ZWY110/132型移動式瓦斯抽放泵超前預抽煤層瓦斯；工作面回采時通過上隅角埋管、施工回風斜交高位鉆孔、千米走向裂隙鉆孔，使用ZWY40/75型、ZWY85/160移動式瓦斯抽放泵站對工作面上隅角采空區瓦斯進行抽放。另外，經有資質單位對軒崗礦區5號煤測定后，該煤層具有突出危險性，根據防突規定必須建立地面抽放系統，現有的井下移動式瓦斯抽放系統不能滿足生產要求，而建立地面抽放系統需要大量的資金、人力和物力。

假設5號煤采用預采頂分層綜采放頂煤采煤法，在預采頂分層過程中可釋放掉大部分積存在煤層中的瓦斯，當沿5號煤層底板掘進回采巷道及放頂煤回采時，采掘工作面瓦斯涌出量將大大減少，綜采放頂煤工作面無需再進行瓦斯抽放，同時采掘工作面配風量可適當減少，可從根本上解決軒崗礦區“5號煤采掘工作面配風大煤塵大、配風小瓦斯超”的矛盾。

2在一定程度上可解決沿5號煤層底板掘進時頂板管理困難及煤塵大的問題

軒崗礦區現5#煤回采巷道掘進時采用11#工字鋼梯形棚支護，棚距0.5m，由于巷道頂、側壓大，支護強度不夠，經常需要加棚維修，并且在每根鋼梁下各支設一根木點柱加強支護。另外，由于5號煤屬典型的“三軟”煤層，為了防止頂煤在掘進過程中容易冒落，采用在迎頭超前打錨桿的辦法降低頂煤冒落的可能性。這種施工方法存在工人勞動強度大、施工困難、材料消耗大、煤塵大等諸多問題。

而采用預采頂分層綜采放頂煤采煤法先采頂分層，在頂分層開采過程中，頂板自行垮落，當沿5號煤層底板掘進時，巷道頂、側壓會明顯減小。同時在頂分層回采過程中還可向下部煤層預注水，從而可實現沿底掘進巷道時，巷道壓力小，頂煤不易冒落，煤層也大大降低，可從根本上解決沿5號煤層底板掘進時頂板管理及防塵工作困難的問題，棚距可適當加大，既節約了材料，又降低了工人勞動強度，巷道掘進速度也會加快。

3有利于沿底綜采放頂煤工作面頂板管理并加快工作面推進速度

軒崗礦區現5號煤綜采放頂煤工作面由于受頂板壓力大及周期來壓顯現等影響，工作面兩巷超前大約100m范圍內必須加強支護，頂板周期來壓時工作面有可能出現煤壁片幫或冒頂，給工作面頂板管理造成困難，工作面推進速度較慢。而經過預采頂分層后，由于頂板已經斷裂、垮落，當沿底回采時就不再出現周期來壓，壓力顯現就不明顯，兩巷超前維護量就會大大減少，工作面煤壁片幫或冒頂的可能性就會很小，工作面推進速度自然也就提高了。

4有利于提高煤質，提高煤炭回收率

軒崗礦區現綜采放頂煤工作面在放煤時容易放出矸石，生產出的5#煤含矸率較高，為了提高煤質，礦雖然增設了地面選矸、翻矸等系統，但還是不能徹底提高煤質。而如果采用預采頂分層綜采放頂煤采煤法，由于預采頂分層時鋪設了金屬網假頂，故在放頂煤回采時，既不會放出矸石來，又能將頂煤基本放凈，生產出的原煤含矸率大大降低，從而可大幅度地提高煤質，煤炭回收率也有所提高。

由于預采頂分層綜采放頂煤采煤法目前在國內外應用不多，因此沒有資料可供參考，所以在軒崗礦區第一次推廣應用具有一定的風險性，主要表現在以下幾個方面簡述其風險性及對策。

（1）綜掘機沿5號煤頂板掘進頂分層回采巷道，在軒崗礦區尚屬首次，是否成功有待分析研究后方可決定實施。

（2）5號煤頂分層巷道掘進時的瓦斯管理將成為該采煤方法的主要問題。

（3）沿頂分層回采時，需測定煤層瓦斯釋放量及殘存量，如殘存瓦斯量大，需采取措施降低底分層瓦斯含量，以利于沿底回采時的瓦斯管理。