薄煤层滑锯式机械化开采工程实践

刘永青

（山西阳泉盂县辰通煤业有限公司，山西 阳泉 045100）

引言

目前，煤炭在推动我国国民经济的增长上扮演重要角色，而且煤炭在未来很长一段时间内依然会占据我国能源结构的主导地位。由于开采前期受开采技术和开采设备的制约，薄煤层和极薄煤层的开采效率低，有时甚至会放弃开采，从而造成能源的严重浪费。随着煤炭开采技术的进步和国外先进开采设备的引入，薄煤层和极薄煤层的开采逐步成为现实[1]。但由于对薄煤层和极薄煤层的开采缺乏经验，如何在提高煤炭开采率的同时确保工作面安全是当前急需解决的问题。为此，本文针对性地提出了滑锯式开采技术，以在薄煤层、极薄煤层开采中得到更好的应用。

1 工程概况

叙永煤矿为山西阳泉盂县辰通煤业有限公司最新投入生产的矿井，该矿剖面示意图如图1所示。经探测，该煤矿可供开采的煤层数量为4层，煤层总厚度为5.15 m，其中可开采煤层的厚度为3.37 m，并将该煤矿可供开采的煤层分别编号为C19、C20、C24和C25。C19煤层的平均厚度为0.9 m，C20煤层的平均厚度为3.29 m，C24煤层的平均厚度为1.06 m，C25煤层的平均厚度为0.60 m。

图1 叙永煤矿剖面示意图

经对各煤层的瓦斯涌水量进行探测可知：C19、C20以及C24属于瓦斯突出煤层，而C25煤层不存在瓦斯突出的风险。目前，已获批的开采煤层编号为C19、C20和C24。

1.1 开采条件

1）工作面的掘进采用放炮进行掘进，并采用绞车提升系统对工作面的矸石进行处理；

2）工作面采用单体液压支柱对顶板进行支护；

3）工作面采用中央并列式的通风方式，所选型的通风机的具体型号为BD-Ⅱ-6-No.16，通风机数量为两台，一台使用，一台备用[2]。

1.2 开采中存在的主要问题

1）当前该煤矿采用综合机械化开采方式，其所得煤质的质量较差，其中的含矸率较高；

2）在实际开采中，C19煤层作为保护层其对应的瓦斯突出风险较高；

3）由于当前开采技术及工艺的局限性，C25煤层的煤层厚度变化较大目前处于放弃开采的状态，造成煤炭资源极大的浪费；

4）在实际开采中无法实现对机巷的沿空护巷，导致阶段煤柱的压力较大，存在极大的风险。

2 滑锯式开采方法研究

为解决薄煤层开采时煤质较差、支护困难、瓦斯突出风险较高以及煤炭资源浪费较大的问题，本文以叙永煤矿的23采区为例展开研究，分析滑锯式机械化开采方法在该采区的应用。

一般情况下，滑锯式机械化开采方法对应工作面及巷道的布置与综合机械化开采和普采对应的布置方式大同小异，主要区别在于滑锯式开采方法可根据薄煤层开采的特点对工作面及巷道的布置进行优化[3]。

2.1 巷道的优化布置

针对叙永煤矿煤层较薄的特点，基于煤柱开采技术的“110”工法对巷道的通风方式进行布置，并采用“1进2回”的通风方式。此种布置方式可有效解决工作面上隅角瓦斯聚集的问题，对于解决瓦斯超限问题具有重要意义。

根据各个煤层特点，C24和C25两个工作面为首采工作面，C19和C20为后续开采工作面。整个煤矿共设计有4条上山运输巷道，包括对材料、煤炭、人员以及专用设备的运输。

2.2 工作面的优化布置

工作面可采用走向和倾斜两种布置方式[4]。针对薄煤层滑锯式开采工艺对应的工作面布置需遵循如下原则：

1）机巷和风巷的施工必须沿着工作面顶板或底板的中线开始施工，并确保综采工作面设备的下煤高度不得小于0.5 m，不得大于1 m；

2）确保现场倾斜工作面的长度小于150 m，走向工作面越长越好；

3）工作面的布置应确保机巷和风巷尽可能的保持平行，若无法实现两巷的平行施工，应确保两巷的间距不小于60 m；

4）为保证实际开采时工作面的排水和通风效果，采取上行开采的顺序进行生产。

综上所述，结合叙永煤矿薄煤层工作面的特点，该煤矿采用煤层走向的方式对工作面进行布置，对应倾斜工作面的长度设计为140 m，走向工作面的长度为800 m，其对应的整体布置方式如图2所示。

图2 工作面布置方式

2.3 滑锯式机械化开采工艺

滑锯式机械化开采工艺的核心为滑锯采煤机，滑锯采煤机以刮板机（SGZ630/320-LT）为轨道行走，采用液压自移支座（ZY3400/4.5/12）对工作面顶板进行支护，采用型号为DSJ100/40/2的带式输送机对煤炭进行运输。工作面采取四六工作制，其中一班负责检修其余三班负责生产，一班生产工作面共完成5刀截割任务，每天工作面推进6 m。

2.4 滑锯式机械化开采顶板管理

为解决薄煤层工作面支护困难的问题，本节重点针对叙永煤矿的地质条件和矿压显现规律对其巷道进行支护设计[5]。根据叙永煤矿不同的巷道采取不同的支护方案。

2.4.1 大巷的支护叙永煤矿的大巷为三心拱断面，该巷道断面的宽度为4.5 m，高度为3.5 m。对大巷采用喷浆支护的方案，对应喷浆厚度为50 mm。

2.4.2 准备巷的支护

准备巷道指的是叙永煤矿的四条上山运输巷道，巷道断面为拱形断面，同样采用喷浆支护方式，对应的喷浆厚度为50 mm。

2.4.3 机巷和风巷的支护

机巷和风巷在锚杆与锚索联合支护的基础上采用喷浆支护的方式进行加固。具体支护方案为：顶锚杆直径为20 mm，长度为2 400 mm，锚杆间距为1 000 mm，锚杆排间距为1 000 mm；帮锚杆的直径为20 mm，长度为2 000 mm，锚杆间距为1 000 mm，锚杆排间距为1 000 mm，帮锚杆仅对沿空侧和生产帮侧进行布置；顶板锚索的直径为21.6 mm，长度为6 000 mm，锚索间距为1 500 mm，锚索排间距为2 000 mm。顶锚杆和帮锚杆的预应力不小于5 t，顶板锚索的预应力控制在6~8 t。

在上述锚杆锚索支护的基础上喷浆50 mm对其进行加固支护，最后配置规格为50 mm×50 mm的金属铁丝网进行深入加固支护。叙永煤矿开采时均采用了喷浆的加固支护，对应的施工工艺如图3所示。

图3 巷道喷浆施工工艺流程

如图3所示，在地面完成混料的制备后运送至输送机组的后方，并在工作面混凝土搅拌站加水将其与混料均匀混合，然后将所得的混凝土运输至柔性模板内，最后完成喷浆操作。

3 结语

一直以来，煤炭开采主要集中于对厚煤层、中煤层的开采，由于受开采工艺和开采设备的影响，薄煤层、极薄煤层的开采效率一直很低。因此，应运用以滑锯式采煤机为核心的机械化开采工艺，对工作面及巷道的优化布置来解决瓦斯突出的问题，采用锚杆+锚索+喷浆+金属网的联合支护手段来解决支护困难的问题，采用滑锯式采煤机取代传统采煤机，提升了煤炭的质量和回采率，以解决薄煤层开采时遇到的煤质差、煤炭浪费率高、支护困难和瓦斯突出的问题。