李家楼煤业四采区2号煤层开采设计方案关键环节探讨

张杰

（东山煤电集团 李家楼煤矿，山西 太原 030000）

1 概 况

李家楼煤业位于清徐县马峪乡桃园村，井田位于西山煤田东南边缘，清交矿区中南部，井田面积为7.542 9 km2，设计可采储量84.06 Mt，设计生产能力120万t/a，属高瓦斯矿井。全矿共划分4个采区，目前主要在一采区2号煤层中进行开采，随着采掘工作面的接替、布置及采区上山巷道的延伸，需要提前对四采区2号煤层进行开采设计。

2号煤层煤厚2.40～3.65 m，平均2.79 m，属中厚煤层，煤厚变化大至是东薄西厚。结构简单，含0~1层夹矸，夹矸单层最大厚度0.42 m，为全区稳定可采煤层。伪顶为灰褐色泥岩、含碳质较高，厚度为0.4～0.8 m，平均0.5 m，局部受构造影响而破碎。

2 四采区布置

2.1 采区概况

四采区范围东至井田东部矿界，西至井田西部矿界，南至一采区分界线，北至黄山岭断层保护煤柱。井田南北倾向长约1 046 m，东西走向宽约2 960 m，面积0.256 7 km2。四采区2号煤层设计可采储量478万t。

2.2 采区巷道布置

根据原上组煤井田开拓方案，四采区巷道共布置轨道、胶带、回风3条上山，3条上山在一采区上山基础上顺现巷道方位延伸至四采区边界。其中轨道、胶带上山进风，回风上山回风。轨道上山、回风上山沿2号煤层布置，平行于胶带上山，胶带上山沿4号煤层布置。轨道上山与胶带上山间距25 m，胶带上山与回风上山间距19 m[1-2]。上山延伸分3个阶段进行施工，同时配送相关采区变电所、胶带上山车场、回风联络巷等巷道，根据回风上山巷道延伸揭露地质情况，局部2号煤层顶板呈慢下山趋势，采区上山巷道延伸到位后，要根据实际情况在采区巷道低洼处设计施工水仓，满足排水需求。

2.3 工作面布置

采区工作面沿3条上山东西两翼走向布置，工作面回采方式为采区内采用前进式开采，工作面采用后退式开采，两翼相邻工作面间采用顺序开采。四采区回采工作面顺槽沿2号煤层顶板布置，回采工作面布置2条顺槽，分别为胶带顺槽、回风顺槽。其中，胶带顺槽进风，回风顺槽回风，并分别配送车场、联络巷或溜煤眼等与轨道上山、回风上山、胶带上山连通。利用下一工作面顺槽及通风联络巷作为工作面瓦斯治理巷进行瓦斯治理。

四采区2号煤层共布置8个回采工作面，东西两翼工作面交替回采，具体回采顺序为，4201—4202—4203—4204—4205—4206—4207—4208工作面，如图1所示。对于采区边界的三角煤柱，根据生产需要配送矸石充填巷进行煤炭回收。采区回采率取80%，工作面回采率取97%。

图1 四采区2号煤层工作面布置示意Fig.1 Face layout of No.2 Coal Seam in No.4 Mining Area

3 采煤方法

3.1 回采工作面采煤工艺

该井田2号煤层赋存稳定，地质构造为简单类，煤层倾角平缓，一般小于15°，水文地质条件简单—中等，煤层瓦斯含量较高。03号与2号煤层平均间距为7.50 m，2号与4号煤层平均间距为15.50 m[3]。

根据2号煤层赋存条件，结合该矿目前的开采技术，设计采用走向长壁综采一次采全高的采煤方法，顶板管理采用全部垮落法。

3.2 回采工作面布置

四采区首采工作面为4201工作面，工作面走向长度为1 604 m，可采储量105万t。由于该矿井为高瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量较高，四采区工作面采用“二进二回”的巷道布置方式，即胶带顺槽、回风顺槽、通风联络巷、瓦斯治理巷（即下一工作面胶带顺槽），巷道均沿2号煤层顶板掘进，沿煤层走向布置[4]。工作面开切眼与通风联络巷留设40 m安全的煤柱，工作面之间留设25 m的安全煤柱。

根据2号煤层赋存条件及矿井实际开采情况，暂定四采区西翼综采工作面长度为180 m，东翼综采工作面长度为160 m。

采煤工作面采煤机截深为0.6 m，设计采用一次采全高工艺，工作面每个循环进一刀，循环进度为0.6 m，日循环次数为9次。

3.3 回采设备

工作面选用ZY3800/16/36型及ZYT4000/24/38型二柱掩护式液压支架，共安装121架支架，其中端头架1架、中间架114架，过渡支架6架。工作面超前20 m范围内巷道采用DW31.5-25/100型单体液压支柱配HDC2500型Π型钢梁支护。工作面采用MG300/700-WD采煤机，刮板输送机采用型号为SGZ-764/630型可弯曲刮板输送机，铺设长度185 m，运输能力100 t/h，链速1 m/s，电动机功率2×315 kW。

3.4 采煤工艺

采煤机采用端头斜切进刀方式，双向割煤。液压支架支护方式为及时支护的回采工艺流程。

（1）割煤方式。工作面选用MG-300/700-WD型电牵引可调高双滚筒采煤机截割落煤，采煤机通过装有截齿的螺旋滚筒旋转和采煤机牵引运行的作用进行截割。采煤机在距机头（尾）30 m内斜切进刀，割三角煤，自开缺口，双向割煤，往返一次割煤两刀，循环进度0.6 m。

（2）装煤方式。采煤机割煤时前滚筒割顶煤、后滚筒割底煤，由其螺旋状滚筒将煤装入工作面SGZ-764/630型刮板输送机中。

（3）运煤方式。采煤机用滚筒将煤装入SGZ-764/630型刮板输送机，经刮板输送机运送到SZZ-764/160型转载机，经PLM1000型破碎机破碎后落到DSJ100/63/2×160型胶带输送机，经皮带运输系统运输至筒仓。

（4）支护方式。工作面采用ZY3800/16/36两柱掩护式液压支架支护顶板。

（5）移架。中间架选用ZY3800/16/36液压支架，端头支架选用ZYT4000/24/38型液压支架。移架采用本架手动操作，追机移架，移架应采用“带压擦顶移架法”，即同时操作降柱和移架手柄，待支架移动后，应将降柱手柄调停使之擦顶移架，待支架前移一个步距后，升起支架，达到初撑力，并打出护帮板及伸缩梁。

（6）推移刮板输送机。采用液压支架的推移千斤顶推移刮板输送机，移刮板输送机时应滞后采煤机后滚筒10个架进行，刮板输送机弯曲段不小于25 m。

4 顶板管理

采煤工作面采用掩护式液压支架支护顶板，全部垮落法管理顶板；初撑力不低于24 MPa，泵站压力不小于30 MPa，支架中心距为1.5 m，工作面安装支架121架。两顺槽悬顶面积超过10 m2时，减小切顶柱柱间距，并采取强制放顶措施，单体柱初撑力不小于90 kN，并使用软连锁与顶网连锁，支架最大控顶距3 925 mm，最小控顶距3 325 mm，活柱伸缩量为1 000 mm，特殊情况下最小不得小于200 mm，最高不得大于2 000 mm。工作面最大控顶距为3 925 mm，最小控顶距为3 325 mm。

5 巷道掘进

四采区开采前期主要是以3条上山准备巷道的施工工作为主，在3条上山巷道施工到位后，再围绕3条上山巷道两翼布置工作面。掘进主要巷道包括胶带上山、轨道上山、回风上山。首采工作面巷道包括4201胶带顺槽、4201回风顺槽、开切眼、4203胶带顺槽、4201通风联络巷。胶带上山断面为4.6 m×3.2 m矩形断面，采用锚网喷支护。轨道上山断面为4.0 m×3.8 m三心拱断面，直墙高2.5 m，采用锚网喷支护。回风上山断面为5.5 m×4.6 m三心拱断面，直墙高2.8 m，采用锚网喷支护。胶带顺槽、回风顺槽和开切眼都为矩形断面，采用锚网（索）支护。

6 结 语

本文对李家楼煤业四采区2号煤层开采设计方案关键环节进行了探讨，此次2号煤层四采区综采开采设计关键环节技术上可行，设计合理，安全可靠，该项目设计方案对煤矿生产具有一定的指导意义。