經坊礦邊角煤綜采放頂煤開采實踐

韓 濤

(山西省長治經坊煤業有限公司，山西 長治 047100)

0 引言

當前我國煤炭資源開發節奏快，各個煤炭企業對煤炭生產效率的要求越來越高[1]。故在煤礦初步設計與采區設計回采工作面時，必須將工作面設計為幾何形狀規整、地質條件類似區域[2]。通常，在煤礦井田范圍規劃時，主要依據為行政區劃、自然邊界以及其他不可控自然因素[3]。這就必然導致，在采區或工作面回采完畢之后，在邊角處留有大量的不規則邊角煤資源遺留[4]，我國各大礦區與煤炭企業普遍存在這一現象。為有效解決這一問題，我國眾多專家學者進行了研究。葉根喜等[5]從全國邊角煤宏觀賦存幾何與地質角度出發，提出了“弧三角”模型，并在該模型基礎上發明了“弧”狀回采工作面，建立了綜合條件下的回采工藝選擇約束函數；張能虎等[6]從煤礦經濟效益角度出發，采用“費用-效益”經濟學理論，建立了煤礦三角煤的開采效益模型。但這些研究普遍過于宏觀，未能對煤礦企業的具體實踐與操作產生有效指導[7]。同時，現有邊角煤資源普遍煤質較高，為有效利用、節約高質煤炭資源，煤礦回收三角煤的社會效益應當在經濟效益之上。本文針對經坊礦邊角煤遺留實際，結合該礦具體地質與裝備條件，提出了一些貼合實際并行之有效的技術措施。

1 工程概況

經坊礦3-邊角06工作面，處于3-702工作面(已采)，南側鄰近3-701工作面(已采)之間，呈東西走向。在采區回采工作面設計時，為有效規避東南—西北走向的F7-17斷層大斷層的影響，在3-701與3-702工作面之間預留了近230 m的煤層未采，在3-701與3-702回采完畢，形成“孤島工作面”，待工作面頂板活動完全穩定之后[8]，可決定回采3-邊角06工作面。

該工作面主采3#煤層，煤層厚度6～6.6 m，平均6.3 m，煤層傾角2°～8°平均為5°，工作面位于東呈村西側，長晉高速、207國道在工作面的東側；省道227斜穿工作面上方，地面建有廟宇一座，在工作面南側100 m外建有一座養殖場；西側至F7-17斷層，北側鄰近3-702工作面(已采)，南側鄰近3-701工作面(已采)，東側與七采區軌道、運輸順槽相連通。煤層賦存狀況穩定，工作面頂底板特征見表1，工作面范圍內未見大型斷層與陷落柱等情況，工作面地質與水文地質條件簡單。工作面概況見表2，工作面布置形式如圖1所示。

表1 工作面頂底板特征表

表2 工作面概況表

圖1 工作面布置形式圖

2 采煤工藝的選擇

3-邊角06工作面的推進長度較少，工作面長度較短，結合經坊礦現有裝備水平，見表2，決定對3-邊角06工作面采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤工藝回采，采用全部垮落法管理頂板。表3為經坊礦現有設備統計表。

2.1 工作面液壓選型

由于ZF5800/16/30主要用于該礦的正?；夭晒ぷ髅?。為有效保障在回采3-邊角06工作面生產的安全，必須對工作面液壓支架的工作阻力進行最新核算，見式(1)、(2)。

表3 經坊礦現有設備統計表

(1)

P=q(LK+LD)B

(2)

式(1)中：Kd—動載系數，一般取1.4；M—綜放一次采厚，取6.3 m；Kd—頂板巖石碎脹系數，取1.40；γ—頂板巖石容重，25 kN/m3；q—支護強度，MPa。

式(2)中：P—支架工作阻力，kN；LK—支架伸縮量，m；LD—支架頂梁長度，m；B—液壓支架寬度，m。

3-邊角06工作面擬采用ZF5800/16/30型液壓支架伸縮量0.8 m、支架的頂梁長度5.0 m、支架寬度1.5 m，可算出支架工作阻力為4 796 kN。小于液壓支架工作阻力5 800 N，可見該支架能夠保證工作面的安全。

2.2 工作面巷道布置

該工作面切眼南北布置，兩巷沿東西走向布置，工作面沿走向方向回采。工作面運輸順槽、回風順槽均為錨網支護。頂錨桿采用φ22 mm×2 400 mm無縱筋左旋螺紋鋼錨桿，幫錨桿采用φ22 mm×2 400 mm無縱筋左旋螺紋鋼錨桿，錨索采用φ22 mm×9 000 mm的1×19股高強度低松弛預應力鋼絞線制作，巷道支護狀況見表4。

表4 巷道支護狀況

2.3 工作面生產能力

在工作面采用經坊礦現有設備后，計算3-邊角06工作面的采出量為

循環割煤量：Q1=177.81×2.8×0.8×1.41×97%≈544.7(t)；

循環放煤量：Q2=167.31×3.5×0.8×1.41×93%≈614.3(t)；

循環采出量：Q=Q1+Q2=544.7+614.3=1 159(t)。

每日8點班完成1個循環、其余2個班各完成2個循環，每日完成5個循環，日產量5 795 t；每月平均按25 d計算(除檢修、過地質構造、初采及末采等情況)，月產量144 875 t，可見采用經坊礦現有設備后可以有效保障工作面產量，實現該礦對煤炭資源的高效率回收。

3 采煤工藝選擇

3.1 工作面割煤、裝煤、運煤

由表3現有設備統計表可知，現有工作面采煤機優先選擇MG-300/700WD型雙滾筒電牽引采煤機，改型采煤機的滾筒截深為0.8 m，采煤機的運動軌道為前刮板輸送機，運動方向從機頭運動向機尾，前后滾筒分別隔頂底煤；煤炭由滾筒截齒割落后，自然甩向前刮板輸送機的槽內，由前刮板輸送機運至轉載機后經工作面皮帶運輸至采區煤倉，同時，少量在煤壁與前刮板輸送機以及前刮板輸送機與支架之間的浮煤由采煤工作面的浮煤清理工人工鏟至刮板輸送機運送，防止浮煤影響工作面液壓支架與刮板輸送機的移動。工作面采煤機割下的煤和支架放下的頂煤分別由前、后刮板輸送機運輸至前、后刮板輸送機機頭卸載，經過轉載輸送機由順槽膠帶輸送機運出。

3.2 推前刮板輸送機

由表3現有設備統計表可知，工作面前刮板機型號為 SGZ830/750，在推前刮板輸送機移架前，滯后采煤機10 m進行。推前部刮板輸送機時，要求刮板輸送機必須處于工作狀態，為保障足夠的推移動力與相應的轉彎角度，5架液壓支架千斤頂同組順次操作，由于推前刮板運輸機時采煤機的運動軌道，故其最小彎曲段的長度為15 m，保證采煤機順利轉彎，同時，必須注重前部刮板輸送機的平直，便于采煤機割煤。在采煤機停止割煤后，前刮板輸送機必須停止推移作業，防止事故發生。推移機頭、機尾時必須停機作業。

3.3 移架作業

由表3現有設備統計表以及式(1)、(2)可知，ZF5800/16/30型液壓支架滿足工作面使用要求，液壓支架的操作方式為手動操作，采用單架間隔放煤方法，追機作業。

3.4 放頂煤作業

工作面放煤步驟必須在工作面液壓支架移架作業以及前刮板運輸機正常作業完成后，其中，工作面前刮板輸送機與放煤作業必須串聯作業，嚴禁并行作業。在工作面第一次放頂煤作業時，由于工作面礦壓顯現強度較弱，頂煤破壞程度較弱，難以達到要求的放煤標準與資源回收率，為有效解決這一問題，必須減慢割煤速度，延長應力作用于頂煤的時間，同時，應當調整液壓支架的支護高度，使直接頂與頂煤充分分離。正常放煤，采用放煤順序為“隔一放一”，放煤步距：0.8 m，即一采一放。

3.5 拉后刮板輸送機

由表2現有設備統計表可知，工作面前刮板機型號為SGZ830/750，拉后刮板輸送機滯后放頂煤20 m進行。推后部刮板輸送機時，要求刮板輸送機必須處于工作狀態，為保障足夠的推移動力與相應的轉彎角度，5架液壓支架千斤頂同組順次操作，最小彎曲段的長度為15 m，同時，必須注重刮板輸送機的平直，便于采煤機割煤。在采煤機停止割煤后，后刮板輸送機必須停止推移作業，防止事故發生。推移機頭、機尾時必須停機作業。

3.6 清煤

清煤作業應當在推移刮板輸送機之后的12～16 m，煤壁與前刮板輸送機之間的浮煤由采煤工作面的浮煤清理工人工鏟至前刮板輸送機。保證2 m2浮煤厚度小于30 mm，且無大塊煤矸。工作面放完煤后，要將支架間的浮煤清入前刮板輸送機。

4 結語

基于經坊礦3-邊角06工作面是邊角工作面的實際，分析了邊角煤工作面形成的原因，并對工作面的地質條件、工程條件、設備條件進行統計分析。對工作面液壓支架工作阻力進行計算為4 796 kN，說明ZF5800/16/30能夠保證工作面安全回采，分析了工作面的循環采出量為1 159 t，符合經坊礦的生產要求。對工作面巷道布置與支護形式進行了說明，對工作面的采煤工藝進行了設計。對相似礦井的三角煤工作面開采提供了一些實踐指導。