李家樓煤業(yè)四采區(qū)2號(hào)煤層開采設(shè)計(jì)方案關(guān)鍵環(huán)節(jié)探討

張杰

（東山煤電集團(tuán) 李家樓煤礦，山西 太原 030000）

1 概 況

李家樓煤業(yè)位于清徐縣馬峪鄉(xiāng)桃園村，井田位于西山煤田東南邊緣，清交礦區(qū)中南部，井田面積為7.542 9 km2，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量84.06 Mt，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬(wàn)t/a，屬高瓦斯礦井。全礦共劃分4個(gè)采區(qū)，目前主要在一采區(qū)2號(hào)煤層中進(jìn)行開采，隨著采掘工作面的接替、布置及采區(qū)上山巷道的延伸，需要提前對(duì)四采區(qū)2號(hào)煤層進(jìn)行開采設(shè)計(jì)。

2號(hào)煤層煤厚2.40～3.65 m，平均2.79 m，屬中厚煤層，煤厚變化大至是東薄西厚。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含0~1層夾矸，夾矸單層最大厚度0.42 m，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。偽頂為灰褐色泥巖、含碳質(zhì)較高，厚度為0.4～0.8 m，平均0.5 m，局部受構(gòu)造影響而破碎。

2 四采區(qū)布置

2.1 采區(qū)概況

四采區(qū)范圍東至井田東部礦界，西至井田西部礦界，南至一采區(qū)分界線，北至黃山嶺斷層保護(hù)煤柱。井田南北傾向長(zhǎng)約1 046 m，東西走向?qū)捈s2 960 m，面積0.256 7 km2。四采區(qū)2號(hào)煤層設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量478萬(wàn)t。

2.2 采區(qū)巷道布置

根據(jù)原上組煤井田開拓方案，四采區(qū)巷道共布置軌道、膠帶、回風(fēng)3條上山，3條上山在一采區(qū)上山基礎(chǔ)上順現(xiàn)巷道方位延伸至四采區(qū)邊界。其中軌道、膠帶上山進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)上山回風(fēng)。軌道上山、回風(fēng)上山沿2號(hào)煤層布置，平行于膠帶上山，膠帶上山沿4號(hào)煤層布置。軌道上山與膠帶上山間距25 m，膠帶上山與回風(fēng)上山間距19 m[1-2]。上山延伸分3個(gè)階段進(jìn)行施工，同時(shí)配送相關(guān)采區(qū)變電所、膠帶上山車場(chǎng)、回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷等巷道，根據(jù)回風(fēng)上山巷道延伸揭露地質(zhì)情況，局部2號(hào)煤層頂板呈慢下山趨勢(shì)，采區(qū)上山巷道延伸到位后，要根據(jù)實(shí)際情況在采區(qū)巷道低洼處設(shè)計(jì)施工水倉(cāng)，滿足排水需求。

2.3 工作面布置

采區(qū)工作面沿3條上山東西兩翼走向布置，工作面回采方式為采區(qū)內(nèi)采用前進(jìn)式開采，工作面采用后退式開采，兩翼相鄰工作面間采用順序開采。四采區(qū)回采工作面順槽沿2號(hào)煤層頂板布置，回采工作面布置2條順槽，分別為膠帶順槽、回風(fēng)順槽。其中，膠帶順槽進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)順槽回風(fēng)，并分別配送車場(chǎng)、聯(lián)絡(luò)巷或溜煤眼等與軌道上山、回風(fēng)上山、膠帶上山連通。利用下一工作面順槽及通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷作為工作面瓦斯治理巷進(jìn)行瓦斯治理。

四采區(qū)2號(hào)煤層共布置8個(gè)回采工作面，東西兩翼工作面交替回采，具體回采順序?yàn)椋?201—4202—4203—4204—4205—4206—4207—4208工作面，如圖1所示。對(duì)于采區(qū)邊界的三角煤柱，根據(jù)生產(chǎn)需要配送矸石充填巷進(jìn)行煤炭回收。采區(qū)回采率取80%，工作面回采率取97%。

圖1 四采區(qū)2號(hào)煤層工作面布置示意Fig.1 Face layout of No.2 Coal Seam in No.4 Mining Area

3 采煤方法

3.1 回采工作面采煤工藝

該井田2號(hào)煤層賦存穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造為簡(jiǎn)單類，煤層傾角平緩，一般小于15°，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單—中等，煤層瓦斯含量較高。03號(hào)與2號(hào)煤層平均間距為7.50 m，2號(hào)與4號(hào)煤層平均間距為15.50 m[3]。

根據(jù)2號(hào)煤層賦存條件，結(jié)合該礦目前的開采技術(shù)，設(shè)計(jì)采用走向長(zhǎng)壁綜采一次采全高的采煤方法，頂板管理采用全部垮落法。

3.2 回采工作面布置

四采區(qū)首采工作面為4201工作面，工作面走向長(zhǎng)度為1 604 m，可采儲(chǔ)量105萬(wàn)t。由于該礦井為高瓦斯礦井，瓦斯相對(duì)涌出量較高，四采區(qū)工作面采用“二進(jìn)二回”的巷道布置方式，即膠帶順槽、回風(fēng)順槽、通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷、瓦斯治理巷（即下一工作面膠帶順槽），巷道均沿2號(hào)煤層頂板掘進(jìn)，沿煤層走向布置[4]。工作面開切眼與通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷留設(shè)40 m安全的煤柱，工作面之間留設(shè)25 m的安全煤柱。

根據(jù)2號(hào)煤層賦存條件及礦井實(shí)際開采情況，暫定四采區(qū)西翼綜采工作面長(zhǎng)度為180 m，東翼綜采工作面長(zhǎng)度為160 m。

采煤工作面采煤機(jī)截深為0.6 m，設(shè)計(jì)采用一次采全高工藝，工作面每個(gè)循環(huán)進(jìn)一刀，循環(huán)進(jìn)度為0.6 m，日循環(huán)次數(shù)為9次。

3.3 回采設(shè)備

工作面選用ZY3800/16/36型及ZYT4000/24/38型二柱掩護(hù)式液壓支架，共安裝121架支架，其中端頭架1架、中間架114架，過(guò)渡支架6架。工作面超前20 m范圍內(nèi)巷道采用DW31.5-25/100型單體液壓支柱配HDC2500型Π型鋼梁支護(hù)。工作面采用MG300/700-WD采煤機(jī)，刮板輸送機(jī)采用型號(hào)為SGZ-764/630型可彎曲刮板輸送機(jī)，鋪設(shè)長(zhǎng)度185 m，運(yùn)輸能力100 t/h，鏈速1 m/s，電動(dòng)機(jī)功率2×315 kW。

3.4 采煤工藝

采煤機(jī)采用端頭斜切進(jìn)刀方式，雙向割煤。液壓支架支護(hù)方式為及時(shí)支護(hù)的回采工藝流程。

（1）割煤方式。工作面選用MG-300/700-WD型電牽引可調(diào)高雙滾筒采煤機(jī)截割落煤，采煤機(jī)通過(guò)裝有截齒的螺旋滾筒旋轉(zhuǎn)和采煤機(jī)牽引運(yùn)行的作用進(jìn)行截割。采煤機(jī)在距機(jī)頭（尾）30 m內(nèi)斜切進(jìn)刀，割三角煤，自開缺口，雙向割煤，往返一次割煤兩刀，循環(huán)進(jìn)度0.6 m。

（2）裝煤方式。采煤機(jī)割煤時(shí)前滾筒割頂煤、后滾筒割底煤，由其螺旋狀滾筒將煤裝入工作面SGZ-764/630型刮板輸送機(jī)中。

（3）運(yùn)煤方式。采煤機(jī)用滾筒將煤裝入SGZ-764/630型刮板輸送機(jī)，經(jīng)刮板輸送機(jī)運(yùn)送到SZZ-764/160型轉(zhuǎn)載機(jī)，經(jīng)PLM1000型破碎機(jī)破碎后落到DSJ100/63/2×160型膠帶輸送機(jī)，經(jīng)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸至筒倉(cāng)。

（4）支護(hù)方式。工作面采用ZY3800/16/36兩柱掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板。

（5）移架。中間架選用ZY3800/16/36液壓支架，端頭支架選用ZYT4000/24/38型液壓支架。移架采用本架手動(dòng)操作，追機(jī)移架，移架應(yīng)采用“帶壓擦頂移架法”，即同時(shí)操作降柱和移架手柄，待支架移動(dòng)后，應(yīng)將降柱手柄調(diào)停使之擦頂移架，待支架前移一個(gè)步距后，升起支架，達(dá)到初撐力，并打出護(hù)幫板及伸縮梁。

（6）推移刮板輸送機(jī)。采用液壓支架的推移千斤頂推移刮板輸送機(jī)，移刮板輸送機(jī)時(shí)應(yīng)滯后采煤機(jī)后滾筒10個(gè)架進(jìn)行，刮板輸送機(jī)彎曲段不小于25 m。

4 頂板管理

采煤工作面采用掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板，全部垮落法管理頂板；初撐力不低于24 MPa，泵站壓力不小于30 MPa，支架中心距為1.5 m，工作面安裝支架121架。兩順槽懸頂面積超過(guò)10 m2時(shí)，減小切頂柱柱間距，并采取強(qiáng)制放頂措施，單體柱初撐力不小于90 kN，并使用軟連鎖與頂網(wǎng)連鎖，支架最大控頂距3 925 mm，最小控頂距3 325 mm，活柱伸縮量為1 000 mm，特殊情況下最小不得小于200 mm，最高不得大于2 000 mm。工作面最大控頂距為3 925 mm，最小控頂距為3 325 mm。

5 巷道掘進(jìn)

四采區(qū)開采前期主要是以3條上山準(zhǔn)備巷道的施工工作為主，在3條上山巷道施工到位后，再圍繞3條上山巷道兩翼布置工作面。掘進(jìn)主要巷道包括膠帶上山、軌道上山、回風(fēng)上山。首采工作面巷道包括4201膠帶順槽、4201回風(fēng)順槽、開切眼、4203膠帶順槽、4201通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷。膠帶上山斷面為4.6 m×3.2 m矩形斷面，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。軌道上山斷面為4.0 m×3.8 m三心拱斷面，直墻高2.5 m，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。回風(fēng)上山斷面為5.5 m×4.6 m三心拱斷面，直墻高2.8 m，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。膠帶順槽、回風(fēng)順槽和開切眼都為矩形斷面，采用錨網(wǎng)（索）支護(hù)。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)李家樓煤業(yè)四采區(qū)2號(hào)煤層開采設(shè)計(jì)方案關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了探討，此次2號(hào)煤層四采區(qū)綜采開采設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)上可行，設(shè)計(jì)合理，安全可靠，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案對(duì)煤礦生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。