辛置煤矿末采回收巷优化设计方案

刘修文

(霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿，山西 霍州 031412)

辛置煤矿位于山西省南部临汾市北缘，是霍州煤电集团的一对主力生产矿井，始建于1956年，现核定生产能力250万t/年。该矿井分为东区和南区两个独立生产系统，东区主采太原组10#煤，南区主采山西组2#煤。

目前，矿井东区回采顺槽巷道基本沿10#煤层顶板布置，为充分利用K2灰岩顶板的稳定性，对末采回收巷进行改进，改变现在使用的回收巷为刷扩、铺网、打锚杆的方式，在末采期间使用“爬坡”的方法，末采结束后回收巷道顶板为K2灰岩。因此，回采顺槽巷道布置方式为：先沿K2灰岩顶板掘进至停采线位置，顶部不支护，帮部采用锚网支护;然后平掘10 m，再按8°下山穿越岩层掘进，见到10#煤顶板后，改为沿10#煤顶板掘进，巷道采用11#工字钢架棚支护。巷道布置剖面图见图1。

图1 巷道布置剖面图

1 科学论证

9#煤与10#煤的层位关系见图2。

图2 9#煤与10#煤的层位关系图

该矿目前使用的回收巷为工作面推进到距停采线剩余2．4 m(剩4个循环时)，采煤机割煤后，停止移架，沿顶板打1排锚杆，之后每个循环只移溜割煤，不移架，在顶板上共打4排锚杆，并在支架顶梁前端0．3 m处布置1排锚索，在第二排和第三排锚杆中间布置1排锚索，共计2排锚索。停采后在回采机尾处扩三角区，沿工作面长3 m，沿顺槽宽2 m，从而留出足够空间以便回撤设备。

现改为末采回收巷使用“爬坡”的方法进入到K2灰岩顶板下方，顺利回撤设备。按照该矿目前使用的采煤机组的爬坡能力，10°以下的坡度机组完全能够适应正常生产。由于K2灰岩顶板的厚度在8．5～12m，属于相对稳定的单一岩层，因此，按简支梁模式计算极限跨落控距如下：

式中：

L—极限跨距;

h—K2 灰岩顶板厚度，m，取8．5;

R—极限抗拉强度，MPa，取10．5。

式中：

Qx—上覆岩层的载荷;

r—K2 灰岩容重，kg/m3，取 2．4 ×103。

因此，只考虑2层上覆岩层的载荷对顶板的影响。

完全满足末采回收巷最宽处，即三角区的控顶宽度。

2 经济效益

原设计中当工作面推进到距停采线10．2 m时(剩余17个循环)，采煤机割煤后从机尾到机头铺设4道菱形金属网(规格10 m×0．9 m)，以后每个循环铺1道菱形金属网，距停采线7．8 m时(剩余13个循环)，割煤铺网后沿工作面方向在第五道网中间挂联1道钢丝绳(d22 mm)，以后每个循环联1道钢丝绳，共铺联9道钢丝绳，工作面推进到距停采线2．4 m时(剩余4个循环)，采煤机割煤后，停止移架，沿顶板打1排锚杆(d18 mm×2 000 mm左旋锚杆，排间距600 mm×1 000 mm)，每3根锚杆配合1根2．0 m桁架，之后每个循环只移溜割煤、不移架，在顶板上共打4排锚杆;在支架顶梁前端0．3 m处布置1排锚索(d17．8 mm ×4 500 mm，排间距 1 200 mm ×3 000 mm)，在第二排和第三排锚杆中间布置1排锚索，共计2排锚索。推至停采位置后在煤帮打2排帮锚杆(d14．6 mm×1 600 mm普通锚杆，排间距900 mm×1 000 mm，每2根锚杆配合1根2．0m桁架)，如顶板压力较大或顶板破碎时，锚杆排间距相应缩小，且应在停采线靠煤壁侧加打贴帮柱。

顶板良好时末采期间所用支护材料统计如下(假定工作面切巷长度为210 m)：钢丝绳长度：l=9×210=1 890 m顶锚杆数量：n=(210÷1)+7=217锚索长度：m=(210÷3)×2×4．5=633 m桁架长度：k=(210÷3)×2=140 m帮锚杆数量：q=(210÷1)×2=420

末采期间采用“爬坡”方法寻找K2顶板，整个过程采煤机组是在液压支架的保护下前进，但在切割泥岩、砂纸泥岩夹层时对采煤机截齿造成了损坏，相比之下节省了末采回收巷的支护材料。

3 工期

按采煤机正常情况下割煤计算末采17个循环所用时间A计算如下(假定工作面宽度210 m，采煤机割煤速度4 m/min，采用端部进刀割三角煤方式进刀)，每循环所用时间：

式中：

a—工作面切巷长度，m，取210;

b—返刀长度，m取45;

c—割煤速度，m/min，取 4;

d—移机头、机尾、转载机时间，min，取60。

按四六制组织正规循环生产(即3班生产、1班检修)计算，每班循环次数：

C=(360－f)÷B循环=(360－30)÷135=2．45

式中：

f—交接班时间，取每班2个工作循环，每天6个循环。

所以，末采所用时间为A=2．84天。

按铺网、打锚杆的方式实施末采，17个循环所用时间D计算如下(假定前13个循环铺网、挂绳工序在采煤时完成)：

D=(13 ÷6)+E后4个循环时间

后4个循环需要移溜割煤、打锚杆、打锚索，按照辛置矿现场操作时间统计，2排帮锚需施工1天，2排顶锚杆、锚索需施工2 天，因此，E后4个循环时间=3 天。

D=(13 ÷6)+E后4个循环时间=2．17+3=5．17 天

施工三角区时，沿K2顶板刷扩，顶板不须支护，只须施工帮锚杆。在K2顶板下回撤支架每天可顺利回撤15架(210 m长的工作面需140架支架)，耗时9．34天;在原回收巷下每天只可回撤10架，耗时14天，两方案相比前者节省4．64天。

所以，优化设计方案的末采回收巷施工工期是原方案工期的54．93%，回撤工期是原方案工期的66．71%，总共为下一个工作面的安装提前了6．97天的时间。

4 推广价值

辛置矿东区生产系统10#煤末采期间普遍采用刷扩、铺网、打锚杆的方式，该优化方案井下工业性试验成功后，大大缩短末采工期，节约了大量支护材料，相应提高末采期间的安全性。为后期完全在K2顶板下布置回采巷道积累经验，“爬坡”过程完成后，可根据地质条件适当推后停采线，使机组沿K2灰岩顶板在9#煤中向前推进一段距离，期间可重点收集9#煤的各项回采参数及开采9#煤对底板(即10#煤顶板)及周围巷道以及地表压煤村庄的影响。

霍州煤电集团干河矿、三交河矿、曹村矿、回坡底矿都存在近距离煤层开采问题，9#煤虽然是薄煤层(平均厚度0．85 m)，但结构简单、赋存稳定，煤质好、无夹矸、低硫、高发热量，开采效益好。各矿可根据各自的地质条件，合理选择巷道设计参数，首先优化末采回收巷，进而推广到改进顺槽、切巷，做到充分利用K2灰岩顶板的稳定性，实现矿井效益最大化。

此外，该优化方案同样可以推广到其它地区，类似地质条件的矿井中，用于探索近距离煤层的分层联合开采。

5 结语

对末采回收巷进行改进，是立足于辛置矿多年来利用K2灰岩顶板设计主要巷道的经验，由于工作面回采过程中回收巷铺网、打锚杆工艺繁琐，在采煤机械能够适应现有地质条件的基础上，改进巷道设计，优化末采方法，提高安全系数，快速实现工作面搬家的好方法。在末采期间使用“爬坡”的方法，减少了铺网、打锚杆的工艺，提高了工作效率和安全性能，减少了煤柱留设和支撑压力，增加了煤炭的回收率，并为后一阶段探索矿井东区的9#+10#煤联合开采积累经验。

［1］ 陈炎光，陆士良．中国煤矿巷道围岩控制［M］．徐州：中国矿业大学出版社，1994：129－131．

［2］ 钱鸣高，石平五．矿山压力与岩层控制［M］．徐州：中国矿业大学出版社，2003：156－160．