大倾角厚煤层综采一次采全高采煤工艺

李士栋

（肥城矿业集团单县能源有限责任公司，山东单县274300）

0 地质概况

3200采区布置在工业场地煤柱西侧，采区范围北起3煤层-1000m底板等高线，南至3煤层露头，西起39426000线采区边界，东到工业场地西侧煤柱线。采区东西长1.6Km,南北宽0.7～7.5Km，面积1.34Km2，煤层倾角29～32°，可采储量559.2万t

1）煤层：3200采区3煤层为合并区，3（3上）煤层厚度在3.60～6.46m。3（3上）煤层直接顶板为细砂岩、粉砂岩和泥岩，厚1.35～17.32m，一般在2～8m之间。粉砂岩抗压强度为17.0～35.1MPa，细砂岩抗压强度为67.6～173.9MPa，属较稳定～稳定顶板；泥岩则属于不稳定顶板。3（3上）煤层底板为泥岩、粉砂岩或砂质泥岩，厚度一般1～3m，其抗压强度为7.80～51.2MPa，属不稳定～稳定底板。3（3上和3下）煤层的煤类主要为焦煤（JM25），个别1/3焦煤（1/3JM35），煤质以低中灰分、中挥发分、强粘结性、成焦率高、特高热值、低硫低磷低氯等有害元素含量低为主。

2）采区构造：为向北北西倾斜的单斜构造，伴有部分断层和宽缓褶曲，地层倾角一般在29°～32°之间；受区域断层单县断层以及终兴断层的影响，主要发育有近东西向断层和北东向两组断层，均为高角度正断层，其中以北东向断层为主，区内发现11条断层，落差均小于10m。3煤层水文地质类型为以裂隙、岩溶含水层充水为主的简单—中等类型。

3）瓦斯与煤尘：区内煤层瓦斯含量较低，属低瓦斯矿井；煤尘有爆炸危险；3煤层不易自燃。

4）地温与地压：本井田主采（3上）煤层埋藏深（-650～-1200m之间），3煤层底板深度750m以深为大于37℃的二级高温区，即本井田可采煤层基本上都处于二级高温区内。矿井开采时地压大、支护相对困难、成本高。

1 采区巷道布置

1.1 巷道布置

采区共布置三条采区下山：轨道下山、胶带下山和专用回风下山。胶带下山用于煤炭运输，轨道下山用于材料和人员运输兼进风，回风下山用于采区回风。

1.2 工作面顺槽布置

采用单巷布置，沿空掘巷服务下区段，无煤柱开采方式，间隔开采沿空掘巷。每个工作面布置一条胶带机顺槽，兼回风巷，一条辅助运输顺槽，兼进风巷。主要优点：可以提高煤炭回收率，有利于防止煤层自然发火，所有顺槽都是随采随废，巷道维护工作量小。

1.3 工作面长度

目前，国内类似条件下综采工作面长度一般在120m～180m左右。针对本矿井开采条件和技术装备水平，为保证采煤工作面正常接续，确定工作面长度为150m。

2 采煤方法与采煤工艺

2.1 采煤方法选择

根据采区煤层赋存条件，针对3煤层采煤方法提出长壁采煤法和房柱式采煤法。

（1）长壁式采煤方法是将回采工作面沿倾斜（或沿走向）布置，沿走向（或沿倾斜）推进，工作面长度一般在100m至200m或更长，是我国采用最为普遍的一种采煤方法。

（2）房柱式开采是将煤层切割成方块，掘进出煤，回收煤柱，采掘设备和人员可以互相转化，采掘设备购置费和维修费低。房柱式开采一般适应煤层埋藏深度小于500m，地压相对较小；倾角在10°以下，煤层赋存稳定，地质构造简单；煤层采高0.8～4.0m，顶板坚固密实，底板坚硬；煤层无自然发火等开采条件的煤层。

由于本矿井主要开采的3煤层为中厚～厚煤层，煤层倾角大，埋藏深度在600m～1200m。对比决定采用走向长壁垮落采煤法。采用全部垮落法管理顶板，不考虑留设村庄保护煤柱，开采前地面村庄进行搬迁处理。

2.2 采煤工艺的选择

3200采区煤层厚度在3.60～6.46m之间，平均厚度4.69m。设计对回采工艺提出三个方案：

方案Ⅰ：综采分层（金属网假顶）开采工艺；

方案Ⅱ：综采放顶煤开采工艺；

方案Ⅲ：一次采全高综采工艺。

（1）综采分层开采工艺在1974年开滦矿务局唐山矿试验成功，分层综合机械化采煤工艺已在十多个矿务局得到广泛应用。

（2）我国综采放顶煤采煤工艺于1982年开始，具有节能、高效，掘进率低，生产成本少，经济效益好的特点，目前已成为厚及特厚煤层采煤方法的发展方向之一。

（3）一次采全高综合机械化开采是一种比较成熟且条件适宜时普遍采用的回采工艺。但本矿井3煤层具有煤层埋藏深、倾角大、煤层厚度大、厚度变化大的特点，使用该采煤工艺，存在设备选型难、投资大、液压支架的防倒防滑难度大、顶板控制难等缺点。

经分析比较，并结合井田初期采区开采技术条件，为更好的统筹矿井其他各采区煤层情况，提高煤炭资源回收率，确定采用一次采全高与分层相结合的采煤工艺，即在采高小于4.0m的区域采用一次采全高综合机械化开采工艺，在3.6～6.46m区域采用分层综采采煤工艺。

3 采煤设备选型

陈蛮庄矿3201综采面位于－895m水平西翼采区，开采深度-650～-1000m，工作面长150m，设计推采长2400m。

根据国内外长壁采煤综放机械化的发展趋势，结合本井田初期采区3煤层赋存条件及其它矿的经验，考虑设备先进性、适应性和经济性，同时兼顾设备租赁和维修的方便性，工作面装备ZZ9600/21/42型支撑掩护式液压支架，ZTZL60000/25/45巷道支架，选MXG-300/700D型双滚筒无链牵引采煤机，SGD-730/320刮板运输机，采用一次采全高工艺。

4 支架防倒措施

1）工作面支架防倒，关键是注重生产过程架间控制，通过熟练操作和严格管理，保持合理架间距，及时调整歪斜支架，支架升降范围不超过侧护板2/3，移架时降柱一般不超过200毫米，顶板破碎段必须采用“带压擦顶”移架，防止挤架、咬架、倒架。工作面通过调整伪倾斜角度及运输机推移方向防止刮板输送机上窜下滑。

2）在工作面下端头第3、4组支架顶梁及后侧连杆部位安设伸缩油缸，通过锚连与第1、2组支架相联，防止端头支架倾倒。采用同步绞车防止采煤机下滑。工作面采用伪倾斜布置，下端头合理超前上端头，利用支架推移分力防止刮板输送机下滑。

3）对工作面最下方端头架采取移架过程中千斤顶防倒措施，防止了支架倾斜，其他支架未安装防倒装置。

4）对于大倾角俯斜开采，采取了“台阶推采法”，每个循环均采取在人行道掏底落留的方法，保持工作面平直，防止向煤帮倾斜。

5 结论

倾斜厚煤层、大采高综采工作面的生产管理难度相对较大，尤其在综采面采高超过4.5m后，顶板破碎、倾角较大的条件下管理难度会明显增大，在现有的生产技术条件下，倾斜厚煤层综采一次采全高工艺，其采高易控制在4.0m以下，对矿井实现高产稳产较有利。

［1] 张荣立．采矿工程设计手册[S] ．北京:煤炭工业出版社,2001．

［2] 综采技术手册[S] ．北京:煤炭工业出版社,2001．