中厚煤层综采工作面开采方案设计

摘要：本文以盖州煤矿9100综采工作面作为研究对象，首先对其水文地质以及煤尘瓦斯等开采影响因素进行了分析，在此基础上对9100综采工作面进行了总体设计，主要对巷道尺寸及支护参数、采煤方法及设备选型、采煤工艺、以及顶板管理及矿压复测等进行设计和管理，以期提升对9100工作面的采煤工艺和回采效率。

关键词：中厚煤层；综采工作面；开采方案设计

引言

在煤矿开展中厚煤层的过程中，由于受到综采工作面所处的地质条件、煤与瓦斯情况、煤层厚度以及其他因素的影响，往往选择不同的回采工艺以及配套设备对煤层的开采效率以及质量有较大的影响。本文以盖州煤矿9100综采工作面作为研究对象，对其进行开采方案设计研究，根据影响其开采的主要因素进行研究，选择最优化的开采支护设备以及回采工艺。9100综采工作面长1820m，切眼长度为153m，可回采长度为1558m。该工作面开采的煤属于9号煤层，其北部就是该煤层的三条大巷，南部是井田边界，西部是实体煤，东部是已经回采完成的9101工作面。9100综采工作面平均煤厚为1.6m，属于长距离中厚煤层综采工作面范畴，煤层结构简单，煤层倾角0°~6°。

1综采工作面开采影响因素分析

1.1地质条件

我国大多数煤矿地质环境较为复杂，综采工作面地质条件对长距离中厚煤层的开采方法及回采率等都有较大的影响，尤其是断层及陷落柱等的影响，断层的落差形式会对采煤方式产生较大的影响，而断层的发育形式则会对工作面推进参数以及正常的循环活动造成影响[1]。根据9100回风顺槽以及胶带顺槽在掘进期间所搜集的地质资料还有地质验证钻孔资料显示，9100工作面未发现陷落柱以及断层等地质工作，虽然存在较为宽缓的背斜构造，但是对回采的影响不大。

1.2水文条件

首先结合矿井上下对照图发现，在距9100工作面顶部98m处存在地质钻孔，但是该钻孔不在开采范围内，另外该工作面埋深超过120m，以此可以排除地表水的影响。9100工作面底板高于奥灰含水层280m，可以排除该含水层影响。因此将水害关注点集中于老空水。9100工作面东部的9101采空区以及上部的3#煤层老空水已经经过充分的验证和疏放，以此来确保9100工作面回采过程中不会受到老空水的影响。

1.3煤尘瓦斯情况

根据有关鉴定检测资料显示，9100工作面煤尘无爆炸性，煤不具备自然倾向性，且无煤与瓦斯突出危险，然而9100工作面通风和防火措施仍需到位。

2综采工作面总体设计

2.1巷道断面及支护设计

9100综采工作面胶带顺槽、回风顺槽以及切眼位置均使用锚网加锚索的联合支护方式，采用矩形断面，断面宽4.8m，高2.8m，净断面为13.44m2。顶锚杆长度2200mm，间排距900mm×1000mm；帮锚杆长度2200mm，间排距900mm×1000mm；锚索长度8200mm，间排距1800mm×3000mm。

2.2采煤方法及设备选型

根据9100综采工作面的煤层厚度、倾角、顶底板围岩特性以及水文地质条件等，以及参考前期设计研究院给予的初步设计文件资料，综合考虑，确定本工作面采用走向长壁后退式采煤法，顶板采用全部垮落管理方法，煤层平均厚度为1.6m。采用一次采全高综采工艺。综采工作面的机械设备都是配套购置的，合理的设备选型以及优良的成套配置方才能够在最大程度上发挥其使用效率[2]。在综采工作面配置的机械设备当中，最主要的就是三机配套，即采煤机、液压支架及刮板输送机。需要考虑的因素有：生产能力配套，采煤机负责割煤和装煤，采煤机的生产能力对于煤矿的生产能力起到直接的决定性作用，而刮板输送机的输送能力必须大于采煤机的生产能力，另外液压支架的移架速度务必大于采煤机的牵引速度。还需要考虑的是机械设备的结构尺寸是否符合巷道的空间尺寸和布置方式，并且需要留有相应的安全空间和工作空间。

2.2.1采煤机设备选型采煤机的装机功率计算公式如公式（1）所示。N=60Kb×B×H×Vave×Hw（1）式中：N为采煤机的装机功率，Kb为备用系数，B为采煤机的截深，H为采煤机的割煤高度，Vave为采煤机的平均割煤速度，Hw为采煤机的割煤单位比能耗。通过计算可得采煤机的装机功率415.72kW，在采煤机的设备选型当中，选型功率必须大于计算的装机功率。

2.2.2刮板输送机设备选型根据刮板输送机的输送能力必须大于采煤机的生产能力要求，按照公式（2）进行计算。Q≥KyKvKcQm（2）式中：Q为刮板输送机的输送能力，Ky为考虑到运输方向及倾角的系数，而Kv为考虑刮板输送机与采煤机同向运动时的修正系数，而Kc为采煤机割煤速度的不均匀系数，Qm为采煤机的最大生产能力。通过计算可以得到采煤机的生产能力为589t/h。刮板输送机选型过程中除了需要考虑采煤机的生产能力之外，还需要考虑与采煤机型号的配套性。

2.2.3液压支架选型根据相关理论要求，综采工作面所能够承受的最大压力至少应当为采高顶板岩石重量的4~8倍，按照公式（3）进行计算。Pt=8hγg（3）式中：Pt为支护工作面顶板所需要的强度，h为按液压支架的最大采高，γ为顶板的岩石视密度，g为重力加速度，通过计算可得综采工作面所能够承受的最大压力为0.29MPa。

2.3采煤工艺

工作面采煤工艺顺序为：准备→采煤机割煤、装煤、刮板输送机运煤→伸支架伸缩梁临时支护顶帮→收支架伸缩梁→移架、支护顶帮→推移刮板输送机→清煤→整理。准备：对人员、机械、材料到位情况进行检查。割、装、运煤：前滚筒割底煤，后滚筒割顶煤，割煤过程中将煤装至刮板输送机，通过转载机、输送带等运至井底煤仓。支：割煤后及时用伸缩梁对顶板进行支护。回：液压支架前移的过程对后方的采空区继续垮落。推：割煤完成拉架后开展。整理：一个循环完成之后对工作面的浮煤、卫生以及支护等进行整理。

2.4顶板管理及矿压复测

综采工作面管理顶板采用全部垮落法，常规情况的管理主要是割煤完成及时支撑护顶，支架立柱前后偏差在允许范围内，液压支架的顶梁必须平行顶板并且保证接顶紧密，使顶梁受力良好等。对于非正常回采的顶板管理，局部冒顶需要用道木接顶并升紧支架；顶板破碎，应当带压移架并及时支护顶板；回风顺槽的机尾端头处，受到沿空留巷第三次的动压影响，该部位顶板压力变大，应力集中于端头处沿工作面方面25m前后，因此需要加强对后20架的支架管理，及时巡查，确保支架工作状态正常，并管理好端头顶板。应当加强对9100工作面的矿压监测工作，主要监测内容包括支架的受力情况，顺槽及沿空留巷巷道的顶板离层情况及顶底板巷帮移近量变化情况。

3结语

随着煤矿的开采，中厚煤层综采工作面，特别是长距离中厚煤层综采工作面会经常出现，特别是当前煤矿设备型号及功能多样化逐渐增多，综采工作面开采设计当中，根据工作面实际情况做好三机配套选型是关键。尤其是当前，自动化技术逐步应用到煤矿当中，型号、功能等方面的接口以及配套选择将越来越重要。

参考文献

[1]徐建军.薄-中厚煤层综采面自动化开采技术研究与实践[J].煤炭科学技术,2014.

[2]李恩国.复杂条件下中厚煤层综采面开采技术研究[J].能源与节能,2013(04):14-16.

作者：窦勇 单位：山西煤炭运销集团盖州煤业有限公司