煤矿井下单一巷道放顶煤综采技术方案研究

郭学亮

（山西乡宁焦煤集团有限责任公司，山西 临汾 042100）

0 引言

随着煤矿井下综采作业的进行，简单煤层的开采逐步趋于枯竭，越来越多的急斜煤层开采成为开采的趋势。由于急斜煤层受煤层倾角和煤层厚度的影响较大，在开采时和传统的缓斜煤层存在着较大的差异性。目前常用的急斜煤层开采方法主要有王家臣提出的急斜煤层长壁综放开采技术以及郭忠平提出的急斜煤层联合开采工艺技术，但在实际应用过程中发现，现有技术仍然存在着开采时通风条件差、回采率低的不足，严重限制了煤矿井下综采效率和经济性的提升。

本文结合煤矿井下的实际地质情况，提出了一种新的井下单一巷道放顶煤综采技术方法，其合理的利用了“人”字型的巷道进行辅助通风，同时沿着回采煤层的边界，设置了2 条采区上山，掘进了一条回采巷道，实现了对急斜煤层的高效率回采。根据实际应用表明，新的综采技术能够将回采率提升到88.4%，对提升井下回采率和回采安全性具有十分重要的意义。

1 新型单一巷道放顶煤综采技术

1.1 巷道概况分析

煤矿井田为东北走向，为典型的急斜煤层矿井，煤层的倾斜角在60°～82°，平均倾角为71°，煤层的平均埋深约为683.7 m，煤层厚度为5.5～6.4 m，平均厚度为6 m。根据井下地质勘探可知，煤层的赋存条件相对简单，仅有1 个夹矸层，夹矸的平均厚度为0.4 m。巷道的基本顶为粉砂岩，平均厚度为7.7m，巷道的直接顶为泥岩，平均厚度为12.4 m，直接底为泥岩，平均厚度为6 m，基本底为粉砂岩结构，平均厚度为11.6 m。

目前巷道井下采用的是伪倾斜柔性掩护支架综采技术方案，其整体综采工艺流程主要是借鉴了缓斜煤层的综采技术方案，导致在实际使用过程中并不能很好的适应井下的地质条件，煤炭的回采率仅70.2%，而且在综采作业过程中巷道井下的通风效果比较差，严重影响了井下综采作业的效率和安全性。

1.2 新型放顶煤综采方案

结合井下综采面的实际地质情况，提出了一种新的“单一巷道”放顶煤综采方案[1]，就是在煤矿井下只布置一条回采巷道，然后沿着回采煤层的边界，设置了2 条采区上山（采区回风上山和采区运输上山），其中回风上山巷道主要用作物料运输、通风和人员进出综采面。同时沿着煤层走向方向并在贴近底板的位置开挖一条回采巷，从而和前面两条采区上山形成一个完整的开采运输系统[2]。该新型放顶煤综采巷道布置结构，如图1-1 所示。

图1 巷道布置结构示意图

综采面的回采巷道设置在紧邻底板位置，稳定性相对较好，而且顶煤的回采率也比较高，所设置的巷道截面规格为2 500 mm×4 000 mm，主要用用于物料运输、通风和人员进出综采面，该回采巷的布置位置，如图1-2 所示。

2 “人”型回风巷设置

由于采用了单一巷道掘进方案，因此在独头巷道处必须解决其通风不畅的难题，因此结合进行地质条件提出了一种“人”型回风巷结构[3]。在紧邻回采巷帮留巷，使用型钢设置出一条“人”形的通风巷，通风巷的规格为600 mm×2 000 mm，在顶部形成一个可以允许一个人通过的空间。回风巷的长度将随着液压支架的推移而变化，新鲜的空气从运输上山进入到回采巷内，而巷道内的污浊空气将随着回风巷进入到回风上山，最终流入到矿井回风系统中，确保了独头巷道在综采作业过程中通风的可靠性，该人”型回风巷结构，如图2 所示[4]。

图2 人”型回风巷布置示意图

3 综采技术分析

为了满足单一巷道布置结构，同步对井下综采工艺进行了优化。沿着煤层厚度方向设置两个液压支架，包括一个前架和一个后架，液压支架间利用液压油缸连接。前架主要用于支护综采面前方的顶煤，防止顶煤在矿压波动下的破碎，后架主要用于放煤。前架和后架之间设置一个刮板输送机，刮板输送机后侧紧跟着设置一个带式输送机，从而形成一个完整的综采面运输体系。

为了保证综采作业过程中的稳定性，在综采面前方约40 m 的范围内采用“液压支架+顶梁+金属网”的模式进行临时支护[5]，确保综采面前方不会出现垮落。综采面布置结构，如图3 所示。

图3 综采面布置结构示意图

在整个回采过程中，将其工艺流程分为采煤-落煤-装煤-运煤四个过程。巷道顶煤在矿压波动和综采扰动的作用下逐渐破碎，此时若没有一个合适的外力作用，顶煤将很难充分垮落，因此在综采时候采用了松动爆破的方案，确保顶煤的全面破碎和垮落[6]。

在放顶煤时采用了低位放煤工艺，将垮落的煤炭通过放煤小口放出，落到刮板输送机上，最后再通过输送带运出综采面。在运输过程中的散落煤炭可以通过装煤机转运到刮板输送机中，其他零星散落的煤炭可以通过人工进行清理[7]。当完成一个循环后再通过调节液压支架逐步推移。

4 应用情况分析

目前该单一巷道放顶煤综采技术已经在某矿投入应用，在开采过程中严重煤层走向挖掘了一条尺寸为4 000 mm×2 500 mm 的煤巷，然后在紧靠煤层顶板一侧的回采巷帮留巷，并用工字钢围出一条通风巷。该煤层高度为10 m，利用液压支架支护的高度为2 500 mm，放顶煤高度为7 500 mm，顶煤的回采率达到了88.4%，极大的提升了煤矿井下的顶煤回采率。同时有效的改善了单一巷道掘进时通风性能差的不足。煤矿井下综采作业现场，如图4 所示。

图4 煤矿井下综采作业现场图

5 结论

针对煤矿井下单一厚煤层开采时通风条件差、回采率低的不足，提出了一种新的井下单一巷道放顶煤综采技术方法。对该工艺技术的应用原理和施工工艺方案进行了细致的分析，根据实际应用表明：

1）单一厚煤层开采技术只有一条回采巷道，具有更小的掘进量、更快的掘进速度和更高的综采经济性；

2）利用“人”字型回风巷能够有效解决独头巷道通风安全性差的不足；

3）新的综采技术能够将回采率提升到88.4%，极大的改善了开采时的通风条件，具有极大的应用推广价值。