綜采工作面開采方案與回采工藝的選擇

張慶林

（山西焦煤西山煤電西銘礦，山西 太原 030000）

0 引言

煤炭開采屬于一項復雜且綜合性的工程，對于不同的煤層，由于其地質條件、煤層條件以及瓦斯等條件存在差異性，需采用合適的開采方案和回采工藝才能夠達到預期的開采效果。對于綜采工作面煤層而言，由于其開采條件與其他普通煤層的存在明顯的差異，在實際開采中存在礦壓現象劇烈、頂板管理困難、單產率低等問題[1]。本文將結合實踐生產對綜采工作面煤層的開采方案和回采工藝進行優化選擇。

1 工程概況

102#的煤層處于綜采工作面的煤層。經探測，該煤層的厚度為21.42～25.36 m，其中可開采煤層的厚度為19.8～23.5 m 之間，煤層平均厚度為14.53 m。該綜采工作面煤層結構相對復雜，其中夾雜有2～10 層的煤矸石；而且煤層硬度相對較小，屬于松軟性煤層，硬度系數最大為1。102#煤層的地質條件，如表1 所示。

表1 102#綜采工作面煤層地質條件

102#綜采工作面煤層瓦斯的最大相對涌出量為10.17 m3/t；經核算，整個煤層的瓦斯儲量可達2 696×104m3。該煤層老頂屬于整個礦井的第二含水層，底板屬于整個礦井的第二含水層，在實際生產中最大涌出量為5 m3/h。

2 綜采工作面煤層開采方案的設計與選擇

2.1 開采方案的選擇

結合102# 綜采工作面煤層周圍煤層的開采經驗，針對此煤層擬采用綜采放頂開采方案或滑移支架放頂煤開采方案；這兩種開采方案的優劣勢對比如下：

對于102#綜采工作面煤層而言，根據其礦壓現象規律，采用綜采放頂煤采煤時所配套的支承掩護式放頂煤支架從技術和管理層面是可行的；同時，該煤層工作面的走向長度為150 m，在頂板管理方面也相對簡單。

當采用滑移支架放頂煤開采方案時，其主要應用優勢體現于短壁工作面且煤層硬度系數屬于中硬等級的工作面；針對102#綜采工作面相對較軟的煤層而言，采用滑移支架時存在如下問題：滑移支架在頂板支護面積較小且無底座，容易導致頂板被破壞，底板被鉆通；當滑移支架應用于大于150 m 走向長度的工作面時，對應工作面頂板管理相對較難。

綜上所述，針對102#綜采工作面煤層的開采應采用綜采放頂煤開采工藝[2]。

2.2 巷道布置方案的選擇

由于102# 綜采工作面煤層中存在夾矸石的條件，對應開采期間的巷道布置提出如下兩種方案：

方案一：將綜采工作面的兩道布置在煤層中含矸層的上方，即將含矸層視為工作面的底板；同時，保證工作面底板與含矸層之間預留平均厚度為2 m 的底煤。此方案對應可開采煤層的厚度為16～17 m。

方案二：將綜采工作面的兩道布置在煤層中含矸層的下方，對應工作面底板為102#綜采工作面煤層的底板。

綜合對比上述兩種巷道布置方案，采用方案一開采時不會受到含矸層的影響，而采用方案二開采時含矸層會影響放頂煤的效果。因此，采用方案一對綜采工作面的兩道進行布置[3-4]。

2.3 關鍵設備的選型

結合“2.1”和“2.2”的分析結果，確定采用支撐掩護式放頂煤支架開展綜合放煤頂煤開采方案對102#綜采工作面煤層的開采。因此，選用合理且最佳液壓支架尤為重要。本工程所采用液壓支架的具體型號為ZFS3600/17/28，具體配套數量，如表2 所示。

上述液壓支架的工作阻力為2 600 kN，初撐力為2 544 kN，移架力為503 kN。此外，與液壓支架相配套其他核心設備的選型結果，如表3 所示。

3 綜采工作面煤層回采工藝的設計

結合102#綜采工作面煤層的地質、煤層以及水文條件，并參照相鄰煤層的回采工藝重點對回采率、放煤步距、生產能力、回采工藝以及支護進行設計。

3.1 回采率、放煤步距以及生產能力的設計

參照與102#綜采工作面煤層周邊103#和105#煤層的綜采放煤經驗參數，將該工作面煤層的回采率設計為83%。

同理，參照103#、105#煤層的放煤情況，確定該工作面的放煤步距為1.2 m，采用“兩采一放”的開采工藝進行開采。根據所選型關鍵設備的生產能力，工作面每天可推進2.4 m，每個月按照28d 工作計算，則該工作面每年的生產能力可達140.56 萬t。

3.2 回采工藝的設計

根據表3 中所選型的綜采設備，并同樣參照103和105#煤層的開采工藝；針對102#綜采工作面煤層的回采工藝如下：采煤先上行對煤層截割-液壓支架完成移架操作-采煤機下行完成裝煤-移下段30 m前部溜子-截割三角煤-移上段前溜-完成放頂煤操作-對浮煤進行清理[5]。

3.3 支護設計

針對102#綜采工作面煤層的地質條件，最終確定的支護方案如下：

頂板每排布置錨桿的數量為10 根，頂板錨桿的間排距為900 mm×900 mm；兩幫每排布置錨桿的數量為3 根，兩幫錨桿的間排距為1 200 mm×900 mm；錨索采用3-4-3 進行布置，錨索間排距為2 000 mm×1 800 mm。

4 總結

根據102#綜采工作面煤層、地質等條件設計的開采方案和回采工藝應用于實際生產中，對其實際應用效果進行分析，主要從經濟和效益兩方面進行綜合評估。

采用上述所設計的開采方案與傳統開采方案相比可以減少現場設備的一次回撤和安裝此處，總共可節約費用223.5 萬元；同時，對綜采工作面煤層的開采極大的提升了煤層的開采率，按照65%的回收率計算，該工作面的開采煤炭資源約2 530.45 萬t，最終可直接收益約27 億元。

從社會效益來看，綜采放煤頂煤開采方案在綜采工作面煤層的應用，解決了傳統開采方案所引發的礦壓顯現明顯、頂板管理困難、單產率低等問題。