李云豪

（山西焦煤西山煤電股份有限責(zé)任公司，山西省太原市，030053）

綜放工作面錯層位巷道布置系統(tǒng)在鎮(zhèn)城底礦的應(yīng)用研究

李云豪

（山西焦煤西山煤電股份有限責(zé)任公司，山西省太原市，030053）

針對鎮(zhèn)城底礦8＃煤層的生產(chǎn)地質(zhì)條件，提出了在輕型支架低位放頂煤工作面采用錯層位巷道布置系統(tǒng)。介紹了綜放工作面巷道內(nèi)錯式布置方案、綜放回采工藝及特點(diǎn)。實(shí)踐證明，巷道內(nèi)錯式布置使巷道處于免壓區(qū)，避免了托頂煤掘進(jìn)，護(hù)巷效果好，減少了區(qū)段煤柱損失，提高了采區(qū)回收率，同時有效解決了一般放頂煤工作面存在的巷道高冒區(qū)易自燃問題；經(jīng)濟(jì)效益明顯。

綜放工作面 錯層位巷道 巷道布置 鎮(zhèn)城底礦

為進(jìn)一步推廣輕型綜采低位放頂煤工藝技術(shù)，鎮(zhèn)城底礦與中國礦大（北京）合作，在鎮(zhèn)城底礦8＃煤層開展了厚煤層錯層位巷道布置一次采全厚采煤法的實(shí)踐研究。鎮(zhèn)城底礦將西下組采區(qū)18113工作面作為錯層位巷道布置首采試驗(yàn)面。本文就錯層位巷道布置的關(guān)鍵問題進(jìn)行重點(diǎn)研究，通過采取切實(shí)可行的措施，取得了較好效果。

1 試驗(yàn)工作面地質(zhì)概況

18113工作面所采煤層為8＃煤層，工作面走向長600m，傾斜長175m，18113工作面平面布置見圖1。煤層平均厚5m，工作面可采儲量70.875萬t，煤層傾角2～10°，平均9°；煤質(zhì)中硬，硬度系數(shù)為2.0～2.2；直接頂為黑灰色石灰?guī)r，平均厚1.79m；老頂為灰白色中砂巖，平均厚2.33m；直接底為灰色細(xì)砂巖，厚度為0.6m；老底為黑色泥巖，厚1.13m。直接頂可隨采隨冒，煤層可放性較好，適于一次采全厚。

工作面地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，掘進(jìn)中共揭露4條正斷層，其中對回采影響較大的為f1、f3兩條正斷層。工作面相對瓦斯涌出量為0.82m3/t，煤塵爆炸指數(shù)27.86%，煤層具有自燃傾向。

圖1 18113工作面平面布置圖

2 巷道布置方法

2.1 方案的選擇

工作面采用單巷布置形式。運(yùn)輸巷直接與采區(qū)運(yùn)輸巷相連，形成運(yùn)煤及進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)。軌道巷與采區(qū)軌道巷相連，形成回風(fēng)及輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，見圖1。具體布置方式有兩種方案選擇。

第一種方案采用一般的綜放工作面布置方法，即工作面進(jìn)、回風(fēng)巷及切眼全部沿煤層底板布置，區(qū)段間留設(shè)20m的區(qū)段煤柱，放頂煤開采的回采巷道布置示意圖見圖2。

第二種方案采用中國礦大（北京）趙景禮教授的專利技術(shù)“厚煤層錯層位巷道布置采煤法”的錯層位巷道布置系統(tǒng)。即工作面運(yùn)輸巷沿煤層底板布置，回風(fēng)巷沿煤層頂板布置，工作面切眼可根據(jù)具體情況或跟頂或跟底，厚煤層錯層位巷道布置示意圖見圖3。這樣，下區(qū)段布置時運(yùn)輸巷即可在本區(qū)段回風(fēng)巷內(nèi)錯布置，沿本區(qū)段采空區(qū)下金屬網(wǎng)假頂（因兩端頭不放頂煤，回采時兩端頭鋪設(shè)10＃金屬網(wǎng)假頂）掘進(jìn)。而下區(qū)段回風(fēng)巷仍沿煤層頂板布置。這種布置方法既解決了沿底送巷托頂煤支護(hù)難的問題，又解決了放頂煤工作面上隅角有可能瓦斯超限的難題，且支護(hù)成本進(jìn)一步降低。

2.2 錯層位巷道布置方案的實(shí)施

2.2.1 巷道掘進(jìn)

經(jīng)研究論證，該工作面所在采區(qū)煤層條件及頂?shù)装鍘r層情況適合錯層位巷道布置一次采全厚開采。2003年10月正式實(shí)施該方案，首采工作面18113開始掘進(jìn)送巷。該工作面回風(fēng)巷沿8＃煤層頂板掘進(jìn)，工作面運(yùn)輸巷沿8＃煤層底板掘進(jìn)，到開切眼位置前15m時逐漸上爬到8＃煤層頂板。切眼全部為沿8＃煤層頂板掘進(jìn)。巷道支護(hù)形式為回風(fēng)巷沿頂掘進(jìn)采用錨桿、梯子梁聯(lián)合支護(hù)；運(yùn)輸巷沿8＃煤層底板托頂煤掘進(jìn)，采用梯形金屬棚加金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式；大斷面切眼采用錨桿、梯子梁加木點(diǎn)柱聯(lián)合支護(hù)方式。

2.2.2 工作面回采工藝

由于工作面切眼沿煤層頂板掘進(jìn)，因此初采時前15m工作面逐漸向下臥底回采，不放頂煤，直到工作面臥底到8＃煤層底板上，具備了工作面一次采全厚的條件再放頂煤；由于回風(fēng)巷沿8＃煤層頂板布置，所以工作面機(jī)頭段8架支架（回風(fēng)巷側(cè)），即從1＃支架到第8＃支架沿工作面傾斜方向，支架逐漸下鉆跟底，直到第9＃架才完全臥到底板，這時可以進(jìn)行綜放一次采全厚。在本煤層條件采用單輪順序放煤方式，工序簡單，放煤效果好。

放煤工藝流程：工作面兩端頭鋪網(wǎng)→割煤→伸前伸縮梁→移架→移前部刮板輸送機(jī)→放頂煤→拉后部刮板輸送機(jī)。進(jìn)刀方式采用端頭斜切進(jìn)刀，采煤機(jī)自開缺口割三角煤，進(jìn)刀距離不小于30m。

作業(yè)方式：采用“三八”制作業(yè)，兩班生產(chǎn)，一班檢修。采用追機(jī)作業(yè)方式，采煤機(jī)過后及時帶壓擦頂移架。

2.2.3 工作面回采工藝參數(shù)

根據(jù)研究表明：放煤步距和放煤方式的合理性是決定工作面回收率和含矸率的兩個最重要的因素。一般要根據(jù)架型、放煤口位置及幾何尺寸、頂煤厚度及破碎狀況，合理確定放煤步距。根據(jù)我國放煤工作面的實(shí)際統(tǒng)計，確定放煤步距時可借用經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：d——放煤步距，m；

h——放煤高度，放煤口至煤層頂部的垂高，h＝4.279m。

由式（1）計算得，放煤步距d為0.64～0.898m，工作面采用一采一放，因此確定放煤步距為0.6m。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

3.1 技術(shù)分析

（1）使用厚煤層錯層位巷道布置系統(tǒng)可將工作面端頭與進(jìn)回風(fēng)巷上方的頂煤采出，顯著提高工作面頂煤回收率。把端頭煤損與區(qū)段煤柱合并為一個三角形煤柱，從而提高了總的采區(qū)回采率。

（2）在該巷道布置系統(tǒng)中，回風(fēng)巷沿頂板掘進(jìn)，避免了巷道高冒區(qū)的形成，運(yùn)輸巷位于采空區(qū)下，頂部也不是煤體。從而避免了巷道高冒區(qū)自燃。同時將工作面端頭與進(jìn)回風(fēng)巷道上方的頂煤采出，消除了鄰近采空區(qū)自燃。

（3）回風(fēng)巷布置于煤層上部層位可有效地排放上隅角的瓦斯。錯層位巷道布置基本解決了當(dāng)前放頂煤開采方法中出現(xiàn)的丟煤多，巷道掘進(jìn)維護(hù)困難，安全隱患多等難題。

（4）系統(tǒng)較為簡單合理，節(jié)省一條頂板巷道，由于回風(fēng)巷沿頂板掘進(jìn)，掘進(jìn)、維護(hù)條件好，且支護(hù)成本較低；而運(yùn)輸巷位于采空區(qū)下，可以在上部鋪設(shè)的網(wǎng)下掘進(jìn)，相當(dāng)于分層開采時下分層內(nèi)錯式布置，巷道處于免壓區(qū)，護(hù)巷效果好。

3.2 經(jīng)濟(jì)分析

3.2.1 回收率分析

按常規(guī)放頂煤開采，一般需留設(shè)約20m的煤柱。由于工作面兩端頭3～5架支架不放頂煤，兩個區(qū)段間將形成T形煤柱。以5m厚煤層為例，常規(guī)放頂煤開采，兩個區(qū)段間形成的T形煤柱圖見圖4（a），此時，煤柱斷面面積ST為143.58m2；如果采用厚煤層錯層位巷道布置，綜放工作面端頭則形成三角形煤柱，見圖4（b），此時，三角形煤柱斷面面積SΔ為22.2309m2。在工作面推進(jìn)長度1000m，煤厚5.0m，工作面割煤高度2.3m，在煤的容重1.37t/m3的情況下，分別得出T形煤柱的煤炭損失量MT為196704.6t、三角形煤柱煤炭損失量MΔ為30456.3t。

所以每推進(jìn)1000m，錯層位布置采煤法可減少煤炭損失約16萬t。以工作面長175m計，則可提高回收率13.5%。本工作面可采儲量70.875萬t，即可多回收煤炭9.6萬t，按噸煤售價400元（按2003年市場價）計算，可多收入3840萬元。

圖4 錯層位巷道布置和巷道沿底煤布置形成的煤柱

表1 回風(fēng)巷沿頂板布置掘進(jìn)支護(hù)材料及人工費(fèi)用

3.2.2 巷道支護(hù)費(fèi)用分析

本工作面回風(fēng)巷沿頂板布置，支護(hù)材料費(fèi)及人工費(fèi)見表1，總費(fèi)用為41.164萬元；回風(fēng)巷沿底板布置，支護(hù)材料費(fèi)及人工費(fèi)見表2，總費(fèi)用為105.4萬元；回風(fēng)巷沿金屬網(wǎng)假頂布置，掘進(jìn)支護(hù)材料及人工費(fèi)用見表3，總費(fèi)用為87.325萬元。所以，采用錯層位巷道布置系統(tǒng)，第一個工作面中一條巷道沿底板布置，一條巷道沿頂板布置。沿底板巷道長680m，總費(fèi)用105.4萬元，沿頂板巷道長650m，總費(fèi)用41.164萬元，那么綜合費(fèi)用計算：

但從第二個工作面開始，一條巷道沿頂板布置，一條巷道沿金屬網(wǎng)假頂布置，那么綜合費(fèi)用計而若全部沿底送道，巷道綜合費(fèi)用1550元/m。而對于下一個相鄰工作面，則變成一條巷道沿頂板布置，另一條巷道沿金屬網(wǎng)假頂布置，此種情況下，巷道采用錯層位布置比巷道全部沿底板布置，綜合費(fèi)用減少1550－988＝562（元/m），節(jié)省費(fèi)用36.26%。

表2 回風(fēng)巷沿底板布置掘進(jìn)支護(hù)材料及人工費(fèi)用

表3 回風(fēng)巷沿金屬網(wǎng)假頂布置掘進(jìn)支護(hù)材料及人工費(fèi)用

4 結(jié)語

綜放工作面錯層位巷道布置在煤炭資源回收、優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)、減少巷道掘進(jìn)費(fèi)用等方面較一般布置有較大的優(yōu)勢，是一種可行的布置方法，值得推廣。

［1］ 趙景禮.厚煤層全高開采新論［J］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2004

［2］ 趙景禮，王志強(qiáng)，賀永強(qiáng)等.大傾角厚煤層條件下巷道布置改革的前景［J］.中國煤炭，2007（5）

［3］ 李立.新陽煤礦近水平薄煤層綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究［J］.中國煤炭，2011（10）

On application of layout system in dislocated roadway of fully mechanized caving face in Zhenchengdi Coal Mine

Li Yunhao
（Xishan Coal and Electricity Power Co.，Ltd.，Shanxi Coking Coal Group，Taiyuan，Shanxi 030053，China）

Aiming at the geological conditions for production in No.8coal seam in Zhenchengdi Coal Mine，the paper proposes that in low caving face with light supports，dislocated roadway layout system should be applied.It also introduces the internal dislocated layout scheme，coal mining process and features in fully mechanized caving face.Practice shows that internal dislocated layout in roadway makes the roadway be in a pressure－free zone，which will avoid support－top－coal driving and can support the roadway effectively.And it reduces the loss of section coal pillar，increases the recovery rate of mining area；while effectively solves the problem of spontaneous combustion in top－coal falling regions in roadway of general caving faces，which achieves good economic benefits.

fully mechanized caving face，dislocated roadway，roadway layout，Zhenchengdi Coal Mine

TD323

A

李云豪（1964－），男，山西平遙人，高級工程師，現(xiàn)任西山煤電集團(tuán)礦建公司總工程師，主要從事采礦工程技術(shù)管理工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）