采煤方法选择及工作面顶板管理方式探讨

安宏伟

（忻州市煤炭设计研究院，山西 忻州 034000）

1 浩然煤矿采煤方法的选择及其评价

1.1 采煤方法的选择

1）浩然煤矿井田有2号、3号、5号可采煤层。首采2号煤层是倾角11°的缓倾斜厚煤层，平均厚度5.51 m，煤层结构单一，赋存稳定。井田内2号煤层厚度小于4.0 m的区域，主要分布在二采区北翼，其中H401钻孔厚度为1.73 m，SK2钻孔厚度为3.15 m，井田内其他钻孔厚度均大于4.0 m。由H401钻孔、SK2钻孔控制的区域面积36万m2，厚度小于4.0 m的区域占全井田2号煤层可采面积的22%，选择采煤方法时主要考虑厚度大于4.0 m的区域。

2）根据煤层赋存条件，可供选择的采煤方法有：（1）分层综采采煤法：分层开采技术成熟，掘进率高，但工序复杂，工作面分层，金属网假顶，工作面支护为支撑掩护式支架，适用于煤层厚度3.5～6 m，煤层倾角≤30°的厚煤层。本井田2号煤层厚度5.0～8.0 m，平均5.51 m，采用此法需分2层开采，生产管理不方便，成本会加大，经济效益会低。（2）综采一次采全高采煤法：工作面支护为支撑掩护式支架，适用于煤层厚度2.0～5.5 m，煤层倾角≤25°的中厚煤层。此种采煤法生产能力大但与井型不相适应，且局部超过5.5 m厚度的煤层需留底或留顶处理，资源浪费大，对地质构造的适应能力低。（3）综采放顶煤开采：工作面支护为放顶煤综采支架，沿煤层底板开采放顶煤，适用于煤层厚度4～8 m，煤层倾角≤30°的厚及特厚煤层。本井田2号煤层为5.78 m，且煤层属于中硬-中软煤层，采用此法较为适应煤层赋存条件。

3）综合考虑上述三法的优缺点，决定选用一次采全高综采放顶煤采煤法，全部垮落法管理顶板。其中开帮采煤高度2.4 m，放顶煤高度3.11 m，回采面支护采用ZF4500/17/28型放顶煤综采支架，架间距1.5 m，循环进度0.6 m，最小控顶距4.8 m，最大控顶距5.4 m。采用四六制，三班生产，一班检修，每班推进2个循环。对于2号煤层厚度小于4.0 m的二采区（2号）北翼，采用一次性采全高，不放顶。后期5号煤层采煤方法与2号煤层相同；3号煤层采用薄煤层采煤机长壁采煤法开采。

1.2 顶煤冒放性的评价

影响顶煤冒放性的自然因素主要有：开采深度、煤层厚度、煤层结构、夹矸层数多少及其硬度和厚度、煤层顶板岩性及其厚度、老顶岩性及其厚度和岩煤体裂隙发育程度。本矿开采深度155 m左右，煤层普氏系数均＜3，首采工作面平均采厚5.51 m，含0～4层夹矸，夹矸厚度0.10～0.50 m，主要岩性为炭质泥岩，夹矸层厚度对放顶煤的影响较小。2号煤伪顶为灰黑色泥岩，厚度0.05～0.30 m，一般0.1 m，在采煤时随煤层同时垮落。直接顶为泥岩或砂质泥岩，平均厚度2.49 m，岩石层面平整，层理清晰，一般发育两组节理，节理间距5～10 cm。老顶为K2砂岩，厚度（变化较大）2.42～3.95 m、平均3.16 m。底板为细砂岩，平均厚度3.81 m。根据该矿2号煤层放顶煤工作面实际，其顶板粘结性较差，工作面初次来压步距10～15 m左右，顶板较易垮落；2号煤层节理较发育。综上分析，本矿2号煤层顶煤冒放性较好。

1.3 工作面的采高及采放比、放煤步骤、放煤方式

1）根据顶煤冒放性评价，2号煤层采用放顶煤采煤法，首采区采高5.51 m，开帮采煤高度2.4 m，放顶煤高度 3.11 m，采放比 1∶1.296。

2）根据本井田煤层赋存条件，结合其它矿区放顶煤开采经验，确定放煤步距1.2 m，即两采一放。目前国内放顶煤方式以单轮顺序、双轮顺序、单轮间隔、双轮间隔为主。按具体条件，根据本矿煤层的特点，采用单轮顺序放煤方式。

2 工作面的顶板管理方式

1）工作面的采煤工艺。工作面回采工艺主要有:采煤机下端头斜切进刀→反向割底煤→正常上行割煤→反向割底煤→跑空刀清浮煤→推移前部刮板输送机→移架→拉移后部刮板输送机→放顶煤，完成一个循环。

2）工作面的顶板管理。工作面采用ZF4500/17/28放顶煤液压支架支护顶板，架间距1.5 m，上下顺槽超前20 m加强支护，配备DW31.5-20/100型单体液压支柱配合π型钢梁，也可用工字钢代替。

3）工作面的回采方向与超前关系。由于后退式的工作面和巷道的维护条件好，工作面的推进方向确定为后退式。

4）采煤工作面的循环数、月进度、年进度、工作面长度。（1）综放工作面的连续推进长度一般不宜小于800～1 000 m。考虑到工作面搬迁次数及煤损，会随工作面推进距离增大而减少，结合矿井生产能力和滚筒采煤机参数，可算出工作面的推进度。根据采煤面三班生产，每班2个循环，每日6个循环，工作面长度140 m，循环进尺0.6 m，循环率0.85，年工作日330 d。月推进度：Lyj=91.8 m。年推进度：Lnj=1 010 m。（2）工作面长度的确定：工作面推进度一般是按采煤工艺要求、劳动组织、煤层的自然发火期等因素确定，考虑到本矿初次采用综采放顶煤技术、劳动熟练程度等因，确定工作面日推进度3.6m。据此求得工作面长度:L=q/（SHcrk）=138.4 m。

式中：q为工作面日产量，t/d；H为一次采厚，5.78 m；S为工作面日推进度，3.6 m/d；c为工作面回采率，按平均80%计算；r为煤的视密度，1.48 t/m3；k为循环率，0.80；考虑到生产不均衡性，确定工作面长度为140 m。

3 结束语

综上所述，该矿2号煤层选用一次采全高综采放顶煤的采煤法，2号煤层顶煤冒放性较好。首采区201工作面采高5.51 m，工作面长度140 m,年推进度1 010 m,年生产能力963.7 kt。工作面采用ZF4500/17/28放顶煤液压支架支护顶板，架间距1.5 m，上下顺槽超前20 m加强支护，配备DW31.5-20/100型单体液压支柱配合π型钢梁,也可用工字钢代替。