劉永青

（山西陽泉盂縣辰通煤業(yè)有限公司，山西 陽泉 045100）

引言

目前，煤炭在推動我國國民經(jīng)濟(jì)的增長上扮演重要角色，而且煤炭在未來很長一段時(shí)間內(nèi)依然會占據(jù)我國能源結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)地位。由于開采前期受開采技術(shù)和開采設(shè)備的制約，薄煤層和極薄煤層的開采效率低，有時(shí)甚至?xí)艞夐_采，從而造成能源的嚴(yán)重浪費(fèi)。隨著煤炭開采技術(shù)的進(jìn)步和國外先進(jìn)開采設(shè)備的引入，薄煤層和極薄煤層的開采逐步成為現(xiàn)實(shí)[1]。但由于對薄煤層和極薄煤層的開采缺乏經(jīng)驗(yàn)，如何在提高煤炭開采率的同時(shí)確保工作面安全是當(dāng)前急需解決的問題。為此，本文針對性地提出了滑鋸式開采技術(shù)，以在薄煤層、極薄煤層開采中得到更好的應(yīng)用。

1 工程概況

敘永煤礦為山西陽泉盂縣辰通煤業(yè)有限公司最新投入生產(chǎn)的礦井，該礦剖面示意圖如圖1所示。經(jīng)探測，該煤礦可供開采的煤層數(shù)量為4層，煤層總厚度為5.15 m，其中可開采煤層的厚度為3.37 m，并將該煤礦可供開采的煤層分別編號為C19、C20、C24和C25。C19煤層的平均厚度為0.9 m，C20煤層的平均厚度為3.29 m，C24煤層的平均厚度為1.06 m，C25煤層的平均厚度為0.60 m。

圖1 敘永煤礦剖面示意圖

經(jīng)對各煤層的瓦斯涌水量進(jìn)行探測可知：C19、C20以及C24屬于瓦斯突出煤層，而C25煤層不存在瓦斯突出的風(fēng)險(xiǎn)。目前，已獲批的開采煤層編號為C19、C20和C24。

1.1 開采條件

1）工作面的掘進(jìn)采用放炮進(jìn)行掘進(jìn)，并采用絞車提升系統(tǒng)對工作面的矸石進(jìn)行處理；

2）工作面采用單體液壓支柱對頂板進(jìn)行支護(hù)；

3）工作面采用中央并列式的通風(fēng)方式，所選型的通風(fēng)機(jī)的具體型號為BD-Ⅱ-6-No.16，通風(fēng)機(jī)數(shù)量為兩臺，一臺使用，一臺備用[2]。

1.2 開采中存在的主要問題

1）當(dāng)前該煤礦采用綜合機(jī)械化開采方式，其所得煤質(zhì)的質(zhì)量較差，其中的含矸率較高；

2）在實(shí)際開采中，C19煤層作為保護(hù)層其對應(yīng)的瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)較高；

3）由于當(dāng)前開采技術(shù)及工藝的局限性，C25煤層的煤層厚度變化較大目前處于放棄開采的狀態(tài)，造成煤炭資源極大的浪費(fèi)；

4）在實(shí)際開采中無法實(shí)現(xiàn)對機(jī)巷的沿空護(hù)巷，導(dǎo)致階段煤柱的壓力較大，存在極大的風(fēng)險(xiǎn)。

2 滑鋸式開采方法研究

為解決薄煤層開采時(shí)煤質(zhì)較差、支護(hù)困難、瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)較高以及煤炭資源浪費(fèi)較大的問題，本文以敘永煤礦的23采區(qū)為例展開研究，分析滑鋸式機(jī)械化開采方法在該采區(qū)的應(yīng)用。

一般情況下，滑鋸式機(jī)械化開采方法對應(yīng)工作面及巷道的布置與綜合機(jī)械化開采和普采對應(yīng)的布置方式大同小異，主要區(qū)別在于滑鋸式開采方法可根據(jù)薄煤層開采的特點(diǎn)對工作面及巷道的布置進(jìn)行優(yōu)化[3]。

2.1 巷道的優(yōu)化布置

針對敘永煤礦煤層較薄的特點(diǎn)，基于煤柱開采技術(shù)的“110”工法對巷道的通風(fēng)方式進(jìn)行布置，并采用“1進(jìn)2回”的通風(fēng)方式。此種布置方式可有效解決工作面上隅角瓦斯聚集的問題，對于解決瓦斯超限問題具有重要意義。

根據(jù)各個(gè)煤層特點(diǎn)，C24和C25兩個(gè)工作面為首采工作面，C19和C20為后續(xù)開采工作面。整個(gè)煤礦共設(shè)計(jì)有4條上山運(yùn)輸巷道，包括對材料、煤炭、人員以及專用設(shè)備的運(yùn)輸。

2.2 工作面的優(yōu)化布置

工作面可采用走向和傾斜兩種布置方式[4]。針對薄煤層滑鋸式開采工藝對應(yīng)的工作面布置需遵循如下原則：

1）機(jī)巷和風(fēng)巷的施工必須沿著工作面頂板或底板的中線開始施工，并確保綜采工作面設(shè)備的下煤高度不得小于0.5 m，不得大于1 m；

2）確?，F(xiàn)場傾斜工作面的長度小于150 m，走向工作面越長越好；

3）工作面的布置應(yīng)確保機(jī)巷和風(fēng)巷盡可能的保持平行，若無法實(shí)現(xiàn)兩巷的平行施工，應(yīng)確保兩巷的間距不小于60 m；

4）為保證實(shí)際開采時(shí)工作面的排水和通風(fēng)效果，采取上行開采的順序進(jìn)行生產(chǎn)。

綜上所述，結(jié)合敘永煤礦薄煤層工作面的特點(diǎn)，該煤礦采用煤層走向的方式對工作面進(jìn)行布置，對應(yīng)傾斜工作面的長度設(shè)計(jì)為140 m，走向工作面的長度為800 m，其對應(yīng)的整體布置方式如圖2所示。

圖2 工作面布置方式

2.3 滑鋸式機(jī)械化開采工藝

滑鋸式機(jī)械化開采工藝的核心為滑鋸采煤機(jī)，滑鋸采煤機(jī)以刮板機(jī)（SGZ630/320-LT）為軌道行走，采用液壓自移支座（ZY3400/4.5/12）對工作面頂板進(jìn)行支護(hù)，采用型號為DSJ100/40/2的帶式輸送機(jī)對煤炭進(jìn)行運(yùn)輸。工作面采取四六工作制，其中一班負(fù)責(zé)檢修其余三班負(fù)責(zé)生產(chǎn)，一班生產(chǎn)工作面共完成5刀截割任務(wù)，每天工作面推進(jìn)6 m。

2.4 滑鋸式機(jī)械化開采頂板管理

為解決薄煤層工作面支護(hù)困難的問題，本節(jié)重點(diǎn)針對敘永煤礦的地質(zhì)條件和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律對其巷道進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)[5]。根據(jù)敘永煤礦不同的巷道采取不同的支護(hù)方案。

2.4.1 大巷的支護(hù)敘永煤礦的大巷為三心拱斷面，該巷道斷面的寬度為4.5 m，高度為3.5 m。對大巷采用噴漿支護(hù)的方案，對應(yīng)噴漿厚度為50 mm。

2.4.2 準(zhǔn)備巷的支護(hù)

準(zhǔn)備巷道指的是敘永煤礦的四條上山運(yùn)輸巷道，巷道斷面為拱形斷面，同樣采用噴漿支護(hù)方式，對應(yīng)的噴漿厚度為50 mm。

2.4.3 機(jī)巷和風(fēng)巷的支護(hù)

機(jī)巷和風(fēng)巷在錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的基礎(chǔ)上采用噴漿支護(hù)的方式進(jìn)行加固。具體支護(hù)方案為：頂錨桿直徑為20 mm，長度為2 400 mm，錨桿間距為1 000 mm，錨桿排間距為1 000 mm；幫錨桿的直徑為20 mm，長度為2 000 mm，錨桿間距為1 000 mm，錨桿排間距為1 000 mm，幫錨桿僅對沿空側(cè)和生產(chǎn)幫側(cè)進(jìn)行布置；頂板錨索的直徑為21.6 mm，長度為6 000 mm，錨索間距為1 500 mm，錨索排間距為2 000 mm。頂錨桿和幫錨桿的預(yù)應(yīng)力不小于5 t，頂板錨索的預(yù)應(yīng)力控制在6~8 t。

在上述錨桿錨索支護(hù)的基礎(chǔ)上噴漿50 mm對其進(jìn)行加固支護(hù)，最后配置規(guī)格為50 mm×50 mm的金屬鐵絲網(wǎng)進(jìn)行深入加固支護(hù)。敘永煤礦開采時(shí)均采用了噴漿的加固支護(hù)，對應(yīng)的施工工藝如圖3所示。

圖3 巷道噴漿施工工藝流程

如圖3所示，在地面完成混料的制備后運(yùn)送至輸送機(jī)組的后方，并在工作面混凝土攪拌站加水將其與混料均勻混合，然后將所得的混凝土運(yùn)輸至柔性模板內(nèi)，最后完成噴漿操作。

3 結(jié)語

一直以來，煤炭開采主要集中于對厚煤層、中煤層的開采，由于受開采工藝和開采設(shè)備的影響，薄煤層、極薄煤層的開采效率一直很低。因此，應(yīng)運(yùn)用以滑鋸式采煤機(jī)為核心的機(jī)械化開采工藝，對工作面及巷道的優(yōu)化布置來解決瓦斯突出的問題，采用錨桿+錨索+噴漿+金屬網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)手段來解決支護(hù)困難的問題，采用滑鋸式采煤機(jī)取代傳統(tǒng)采煤機(jī)，提升了煤炭的質(zhì)量和回采率，以解決薄煤層開采時(shí)遇到的煤質(zhì)差、煤炭浪費(fèi)率高、支護(hù)困難和瓦斯突出的問題。