采煤方法選擇及工作面頂板管理方式探討

安宏偉

（忻州市煤炭設計研究院，山西 忻州 034000）

1 浩然煤礦采煤方法的選擇及其評價

1.1 采煤方法的選擇

1）浩然煤礦井田有2號、3號、5號可采煤層。首采2號煤層是傾角11°的緩傾斜厚煤層，平均厚度5.51 m，煤層結構單一，賦存穩定。井田內2號煤層厚度小于4.0 m的區域，主要分布在二采區北翼，其中H401鉆孔厚度為1.73 m，SK2鉆孔厚度為3.15 m，井田內其他鉆孔厚度均大于4.0 m。由H401鉆孔、SK2鉆孔控制的區域面積36萬m2，厚度小于4.0 m的區域占全井田2號煤層可采面積的22%，選擇采煤方法時主要考慮厚度大于4.0 m的區域。

2）根據煤層賦存條件，可供選擇的采煤方法有：（1）分層綜采采煤法：分層開采技術成熟，掘進率高，但工序復雜，工作面分層，金屬網假頂，工作面支護為支撐掩護式支架，適用于煤層厚度3.5～6 m，煤層傾角≤30°的厚煤層。本井田2號煤層厚度5.0～8.0 m，平均5.51 m，采用此法需分2層開采，生產管理不方便，成本會加大，經濟效益會低。（2）綜采一次采全高采煤法：工作面支護為支撐掩護式支架，適用于煤層厚度2.0～5.5 m，煤層傾角≤25°的中厚煤層。此種采煤法生產能力大但與井型不相適應，且局部超過5.5 m厚度的煤層需留底或留頂處理，資源浪費大，對地質構造的適應能力低。（3）綜采放頂煤開采：工作面支護為放頂煤綜采支架，沿煤層底板開采放頂煤，適用于煤層厚度4～8 m，煤層傾角≤30°的厚及特厚煤層。本井田2號煤層為5.78 m，且煤層屬于中硬-中軟煤層，采用此法較為適應煤層賦存條件。

3）綜合考慮上述三法的優缺點，決定選用一次采全高綜采放頂煤采煤法，全部垮落法管理頂板。其中開幫采煤高度2.4 m，放頂煤高度3.11 m，回采面支護采用ZF4500/17/28型放頂煤綜采支架，架間距1.5 m，循環進度0.6 m，最小控頂距4.8 m，最大控頂距5.4 m。采用四六制，三班生產，一班檢修，每班推進2個循環。對于2號煤層厚度小于4.0 m的二采區（2號）北翼，采用一次性采全高，不放頂。后期5號煤層采煤方法與2號煤層相同；3號煤層采用薄煤層采煤機長壁采煤法開采。

1.2 頂煤冒放性的評價

影響頂煤冒放性的自然因素主要有：開采深度、煤層厚度、煤層結構、夾矸層數多少及其硬度和厚度、煤層頂板巖性及其厚度、老頂巖性及其厚度和巖煤體裂隙發育程度。本礦開采深度155 m左右，煤層普氏系數均＜3，首采工作面平均采厚5.51 m，含0～4層夾矸，夾矸厚度0.10～0.50 m，主要巖性為炭質泥巖，夾矸層厚度對放頂煤的影響較小。2號煤偽頂為灰黑色泥巖，厚度0.05～0.30 m，一般0.1 m，在采煤時隨煤層同時垮落。直接頂為泥巖或砂質泥巖，平均厚度2.49 m，巖石層面平整，層理清晰，一般發育兩組節理，節理間距5～10 cm。老頂為K2砂巖，厚度（變化較大）2.42～3.95 m、平均3.16 m。底板為細砂巖，平均厚度3.81 m。根據該礦2號煤層放頂煤工作面實際，其頂板粘結性較差，工作面初次來壓步距10～15 m左右，頂板較易垮落；2號煤層節理較發育。綜上分析，本礦2號煤層頂煤冒放性較好。

1.3 工作面的采高及采放比、放煤步驟、放煤方式

1）根據頂煤冒放性評價，2號煤層采用放頂煤采煤法，首采區采高5.51 m，開幫采煤高度2.4 m，放頂煤高度 3.11 m，采放比 1∶1.296。

2）根據本井田煤層賦存條件，結合其它礦區放頂煤開采經驗，確定放煤步距1.2 m，即兩采一放。目前國內放頂煤方式以單輪順序、雙輪順序、單輪間隔、雙輪間隔為主。按具體條件，根據本礦煤層的特點，采用單輪順序放煤方式。

2 工作面的頂板管理方式

1）工作面的采煤工藝。工作面回采工藝主要有:采煤機下端頭斜切進刀→反向割底煤→正常上行割煤→反向割底煤→跑空刀清浮煤→推移前部刮板輸送機→移架→拉移后部刮板輸送機→放頂煤，完成一個循環。

2）工作面的頂板管理。工作面采用ZF4500/17/28放頂煤液壓支架支護頂板，架間距1.5 m，上下順槽超前20 m加強支護，配備DW31.5-20/100型單體液壓支柱配合π型鋼梁，也可用工字鋼代替。

3）工作面的回采方向與超前關系。由于后退式的工作面和巷道的維護條件好，工作面的推進方向確定為后退式。

4）采煤工作面的循環數、月進度、年進度、工作面長度。（1）綜放工作面的連續推進長度一般不宜小于800～1 000 m。考慮到工作面搬遷次數及煤損，會隨工作面推進距離增大而減少，結合礦井生產能力和滾筒采煤機參數，可算出工作面的推進度。根據采煤面三班生產，每班2個循環，每日6個循環，工作面長度140 m，循環進尺0.6 m，循環率0.85，年工作日330 d。月推進度：Lyj=91.8 m。年推進度：Lnj=1 010 m。（2）工作面長度的確定：工作面推進度一般是按采煤工藝要求、勞動組織、煤層的自然發火期等因素確定，考慮到本礦初次采用綜采放頂煤技術、勞動熟練程度等因，確定工作面日推進度3.6m。據此求得工作面長度:L=q/（SHcrk）=138.4 m。

式中：q為工作面日產量，t/d；H為一次采厚，5.78 m；S為工作面日推進度，3.6 m/d；c為工作面回采率，按平均80%計算；r為煤的視密度，1.48 t/m3；k為循環率，0.80；考慮到生產不均衡性，確定工作面長度為140 m。

3 結束語

綜上所述，該礦2號煤層選用一次采全高綜采放頂煤的采煤法，2號煤層頂煤冒放性較好。首采區201工作面采高5.51 m，工作面長度140 m,年推進度1 010 m,年生產能力963.7 kt。工作面采用ZF4500/17/28放頂煤液壓支架支護頂板，架間距1.5 m，上下順槽超前20 m加強支護，配備DW31.5-20/100型單體液壓支柱配合π型鋼梁,也可用工字鋼代替。