综采工作面开采方案与回采工艺的选择

张庆林

（山西焦煤西山煤电西铭矿，山西 太原 030000）

0 引言

煤炭开采属于一项复杂且综合性的工程，对于不同的煤层，由于其地质条件、煤层条件以及瓦斯等条件存在差异性，需采用合适的开采方案和回采工艺才能够达到预期的开采效果。对于综采工作面煤层而言，由于其开采条件与其他普通煤层的存在明显的差异，在实际开采中存在矿压现象剧烈、顶板管理困难、单产率低等问题[1]。本文将结合实践生产对综采工作面煤层的开采方案和回采工艺进行优化选择。

1 工程概况

102#的煤层处于综采工作面的煤层。经探测，该煤层的厚度为21.42～25.36 m，其中可开采煤层的厚度为19.8～23.5 m 之间，煤层平均厚度为14.53 m。该综采工作面煤层结构相对复杂，其中夹杂有2～10 层的煤矸石；而且煤层硬度相对较小，属于松软性煤层，硬度系数最大为1。102#煤层的地质条件，如表1 所示。

表1 102#综采工作面煤层地质条件

102#综采工作面煤层瓦斯的最大相对涌出量为10.17 m3/t；经核算，整个煤层的瓦斯储量可达2 696×104m3。该煤层老顶属于整个矿井的第二含水层，底板属于整个矿井的第二含水层，在实际生产中最大涌出量为5 m3/h。

2 综采工作面煤层开采方案的设计与选择

2.1 开采方案的选择

结合102# 综采工作面煤层周围煤层的开采经验，针对此煤层拟采用综采放顶开采方案或滑移支架放顶煤开采方案；这两种开采方案的优劣势对比如下：

对于102#综采工作面煤层而言，根据其矿压现象规律，采用综采放顶煤采煤时所配套的支承掩护式放顶煤支架从技术和管理层面是可行的；同时，该煤层工作面的走向长度为150 m，在顶板管理方面也相对简单。

当采用滑移支架放顶煤开采方案时，其主要应用优势体现于短壁工作面且煤层硬度系数属于中硬等级的工作面；针对102#综采工作面相对较软的煤层而言，采用滑移支架时存在如下问题：滑移支架在顶板支护面积较小且无底座，容易导致顶板被破坏，底板被钻通；当滑移支架应用于大于150 m 走向长度的工作面时，对应工作面顶板管理相对较难。

综上所述，针对102#综采工作面煤层的开采应采用综采放顶煤开采工艺[2]。

2.2 巷道布置方案的选择

由于102# 综采工作面煤层中存在夹矸石的条件，对应开采期间的巷道布置提出如下两种方案：

方案一：将综采工作面的两道布置在煤层中含矸层的上方，即将含矸层视为工作面的底板；同时，保证工作面底板与含矸层之间预留平均厚度为2 m 的底煤。此方案对应可开采煤层的厚度为16～17 m。

方案二：将综采工作面的两道布置在煤层中含矸层的下方，对应工作面底板为102#综采工作面煤层的底板。

综合对比上述两种巷道布置方案，采用方案一开采时不会受到含矸层的影响，而采用方案二开采时含矸层会影响放顶煤的效果。因此，采用方案一对综采工作面的两道进行布置[3-4]。

2.3 关键设备的选型

结合“2.1”和“2.2”的分析结果，确定采用支撑掩护式放顶煤支架开展综合放煤顶煤开采方案对102#综采工作面煤层的开采。因此，选用合理且最佳液压支架尤为重要。本工程所采用液压支架的具体型号为ZFS3600/17/28，具体配套数量，如表2 所示。

上述液压支架的工作阻力为2 600 kN，初撑力为2 544 kN，移架力为503 kN。此外，与液压支架相配套其他核心设备的选型结果，如表3 所示。

3 综采工作面煤层回采工艺的设计

结合102#综采工作面煤层的地质、煤层以及水文条件，并参照相邻煤层的回采工艺重点对回采率、放煤步距、生产能力、回采工艺以及支护进行设计。

3.1 回采率、放煤步距以及生产能力的设计

参照与102#综采工作面煤层周边103#和105#煤层的综采放煤经验参数，将该工作面煤层的回采率设计为83%。

同理，参照103#、105#煤层的放煤情况，确定该工作面的放煤步距为1.2 m，采用“两采一放”的开采工艺进行开采。根据所选型关键设备的生产能力，工作面每天可推进2.4 m，每个月按照28d 工作计算，则该工作面每年的生产能力可达140.56 万t。

3.2 回采工艺的设计

根据表3 中所选型的综采设备，并同样参照103和105#煤层的开采工艺；针对102#综采工作面煤层的回采工艺如下：采煤先上行对煤层截割-液压支架完成移架操作-采煤机下行完成装煤-移下段30 m前部溜子-截割三角煤-移上段前溜-完成放顶煤操作-对浮煤进行清理[5]。

3.3 支护设计

针对102#综采工作面煤层的地质条件，最终确定的支护方案如下：

顶板每排布置锚杆的数量为10 根，顶板锚杆的间排距为900 mm×900 mm；两帮每排布置锚杆的数量为3 根，两帮锚杆的间排距为1 200 mm×900 mm；锚索采用3-4-3 进行布置，锚索间排距为2 000 mm×1 800 mm。

4 总结

根据102#综采工作面煤层、地质等条件设计的开采方案和回采工艺应用于实际生产中，对其实际应用效果进行分析，主要从经济和效益两方面进行综合评估。

采用上述所设计的开采方案与传统开采方案相比可以减少现场设备的一次回撤和安装此处，总共可节约费用223.5 万元；同时，对综采工作面煤层的开采极大的提升了煤层的开采率，按照65%的回收率计算，该工作面的开采煤炭资源约2 530.45 万t，最终可直接收益约27 亿元。

从社会效益来看，综采放煤顶煤开采方案在综采工作面煤层的应用，解决了传统开采方案所引发的矿压显现明显、顶板管理困难、单产率低等问题。