中厚煤层一次采全高回采工艺的改进与验算

摘 要：一次采全高工艺作为中厚煤层常采用的采煤工艺，为进一步提高该采煤工艺下的回采率，本文在分析原有回采工艺缺陷的基础上提出了走向长壁式回采工艺，分析该工艺下的支护安全系数是否满足要求，并对原有采后管理进行了优化分析。

关键词：中厚煤层;回采;支护;校核;采后管理

1 煤层情况简介

本文所研究的煤层厚度为1.2-1.6m，倾角为45°-55°。该煤层的底板和顶板分别为细砂岩和粉砂岩，其中细砂岩的厚度为4.7m，粉砂岩的厚度为11m[1]。经分析，该煤层在开采过程中未出现明显的周期压力和初次压力矿压等。

2 回采工艺的改进方案

针对该煤层的厚度、倾角以及顶板和地板的情况分析，该煤层采用一次全采高的开采方式，为了提高煤炭的开采率先后采用了仓储式、倒台阶式等回采方式[2]。为了进一步提高煤层的回采效率，本文结合顶板和顶板的提出了走向长臂后退式回采工艺，具体方案说明如下：

（1）回采工艺的支护方案设计：针对该煤层的特点，工作面所采用的支护方式为单体液压支柱的3排6柱的支护方式，且每排支柱的相距1.2m，每根支柱相距0.8m。结合煤层的倾角范围，支护朝向采空区倾斜2°-3°。

（2）综采工作面的防护方案设计：由于该煤层的倾角较大，存在有片帮煤及伪顶下落的情况发生，容易造成人员伤亡。故，在回采过程中将综采工作面的煤层的仰角开采为8°-10°。将每排支护设备采用9.3的钢丝绳连接，防止支护设备失效下窜。

（3）挡煤板的设计：由于该煤层的倾角较大，煤炭由于打炮的原因容易落入采空区。故，在第三排支柱上用废旧的皮带做成一道挡煤板，防止煤炭落入采空区，从而提高了综采工作面煤炭的回收效率。

3 支护方式的可行性验算

3.1 顶板压力的计算

针对本文所提出了回采工艺，综采工作面所采用的支护方式为3排6柱的单体液压支架支护，且该液压支柱的型号为DE-1.6型。

（1）顶板一次冒落高度分析

顶板一次冒落由式（1）计算所得：

其中，H为顶板一次冒落的高度值;M为煤层厚度，由于该煤层采用一次全采高工艺，故M即为采高，M=1.45m;为岩石初始碎涨系数，取=1.35。上述數据代入式（1）可得：H=4.14m。

（2）顶板压力分析

顶板压力由式（2）计算可得：

其中，H为顶板一次冒落的高度，取H=4.14m;L为该煤层综采工作面的倾斜长度，取L=100m;为综采工作面的最大控顶距，取=4.4m;r为该煤层顶板岩石的容重，取r=。将上述数据代入式（2）可得，顶板压力P=5920.2t

（3）单位工作面压力分析

单位综采工作面压力由式（3）计算可得：

其中，为单位综采工作面的压力值;P为综采工作面的顶板压力值，P=5920.2t;S为综采工作面的支护总面积，经计算S=440。将上述数据代入式（3）得，

3.2 支护安全系数校核

综采工作面中人行道的每排支柱相距1.2m，工作面倾斜每根支柱相距0.8m。此外，靠近采空区的支柱的倾斜角度为2-3°，靠近人行道的倾斜角度为3-5°，每个支柱上方的顶帽规格为。

（1）每根支柱承受力分析

每根支柱的承受力计算由式（4）计算可得：

其中，为每根支柱的承受力;为该综采工作面顶板压力，P=5920.2t;Z为综采工作面支柱个数，经统计Z=756根。经上述数据代入式（4）得：=t/根。

（2）工作面支护密度分析

工作面支护密度计算由式（5）计算可得：

其中，为综采工作面的支护密度;Z为综采工作面支柱个数，经统计Z=756根;S为综采工作面的支护总面积，经计算S=440。经上述数据代入式（5）可得：W=1.72根/m2

（3）安全系数校核

安全系数由式（6）计算可得：

其中，为安全系数;为每根支柱的承受力。经计算可得，K=2.78满足综采工作面的安全基本系数2.5[3]。

经计算可知：本文所提出的走向长壁式回采工艺的支护方案满足正常开采时的支护要求。

4 采后管理的完善

4.1 原采后管理的缺点及难点分析

基于原有采煤工艺的基础上，原采后采用的煤垛留巷。但是，由于工作面的煤层相对较为松软，且煤层存在有层节里发育的情况。经分析，与该煤层相适应的护巷煤柱的尺寸为，其中沿工作面走向的长度为5m，倾斜方向的长度为8m。但是，在实际实施过程中每沿工作面推进5m，还需开山眼，且其工序相对复杂，无形中增加了煤炭的损失，进而降低了煤炭的回采率。

4.2 采后管理改进方案

为了有效解决4.1中所述的问题，在掘进采煤顺槽巷时，在原有支护方式的基础上，再采用锚索挂网和钢带对其支护。具体操作方案为：在巷道的顶板和底板各安装一颗锚索，并在煤壁上方挂网。并将金属网通过锚索和钢带固定在煤壁上，以保证煤壁不受放炮震动及风化等原因的影响而出现脱落的现象。经分析，基于上述加强支护的方式，使得原有巷道的留用效果得到了有效的改善。

5 总结

为减少煤炭在开采过程中的浪费，在实际开采中常采用回采工艺解决上述问题。本文所提出的走向长臂式回采工艺从提高回采率、加强支护能力，提高工作面安全系数等方面解决了原回采工艺的缺陷。此外，在掘进采煤顺槽巷时采用锚索和钢带在煤壁上方挂网的方式也大大改善了有巷道的留用效果，为提高煤炭回采效率，减少煤炭的浪费具有一定的意义。

参考文献

[1]勾攀峰，侯朝炯.回采巷道锚杆支护顶板稳定性分析[J].煤炭学报，1999（5）：466-470.

[2]杨双锁.煤矿回采巷道围岩控制理论探讨[J].煤炭学报，2010，35（11）：1842-1853.

[3]欧阳化兵.河台金矿矿柱回采方法的改进[J].黄金，2002，23（2）：22-25.

作者简介：

李彦龙（1989.1—），男，2009年毕业于山西煤炭管理干部学院，助理工程师，研究方向：采煤工程。