中厚煤層綜采工作面開采方案設計
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摘要：本文以蓋州煤礦9100綜采工作面作為研究對象，首先對其水文地質以及煤塵瓦斯等開采影響因素進行了分析，在此基礎上對9100綜采工作面進行了總體設計，主要對巷道尺寸及支護參數、采煤方法及設備選型、采煤工藝、以及頂板管理及礦壓復測等進行設計和管理，以期提升對9100工作面的采煤工藝和回采效率。
引言
在煤礦開展中厚煤層的過程中，由于受到綜采工作面所處的地質條件、煤與瓦斯情況、煤層厚度以及其他因素的影響，往往選擇不同的回采工藝以及配套設備對煤層的開采效率以及質量有較大的影響。本文以蓋州煤礦9100綜采工作面作為研究對象，對其進行開采方案設計研究，根據影響其開采的主要因素進行研究，選擇最優化的開采支護設備以及回采工藝。9100綜采工作面長1820m，切眼長度為153m，可回采長度為1558m。該工作面開采的煤屬于9號煤層，其北部就是該煤層的三條大巷，南部是井田邊界，西部是實體煤，東部是已經回采完成的9101工作面。9100綜采工作面平均煤厚為1.6m，屬于長距離中厚煤層綜采工作面范疇，煤層結構簡單，煤層傾角0°~6°。
1綜采工作面開采影響因素分析
1.1地質條件
我國大多數煤礦地質環境較為復雜，綜采工作面地質條件對長距離中厚煤層的開采方法及回采率等都有較大的影響，尤其是斷層及陷落柱等的影響，斷層的落差形式會對采煤方式產生較大的影響，而斷層的發育形式則會對工作面推進參數以及正常的循環活動造成影響[1]。根據9100回風順槽以及膠帶順槽在掘進期間所搜集的地質資料還有地質驗證鉆孔資料顯示，9100工作面未發現陷落柱以及斷層等地質工作，雖然存在較為寬緩的背斜構造，但是對回采的影響不大。
1.2水文條件
首先結合礦井上下對照圖發現，在距9100工作面頂部98m處存在地質鉆孔，但是該鉆孔不在開采范圍內，另外該工作面埋深超過120m，以此可以排除地表水的影響。9100工作面底板高于奧灰含水層280m，可以排除該含水層影響。因此將水害關注點集中于老空水。9100工作面東部的9101采空區以及上部的3#煤層老空水已經經過充分的驗證和疏放，以此來確保9100工作面回采過程中不會受到老空水的影響。
1.3煤塵瓦斯情況
根據有關鑒定檢測資料顯示，9100工作面煤塵無爆炸性，煤不具備自然傾向性，且無煤與瓦斯突出危險，然而9100工作面通風和防火措施仍需到位。
2綜采工作面總體設計
2.1巷道斷面及支護設計
9100綜采工作面膠帶順槽、回風順槽以及切眼位置均使用錨網加錨索的聯合支護方式，采用矩形斷面，斷面寬4.8m，高2.8m，凈斷面為13.44m2。頂錨桿長度2200mm，間排距900mm×1000mm；幫錨桿長度2200mm，間排距900mm×1000mm；錨索長度8200mm，間排距1800mm×3000mm。
2.2采煤方法及設備選型
根據9100綜采工作面的煤層厚度、傾角、頂底板圍巖特性以及水文地質條件等，以及參考前期設計研究院給予的初步設計文件資料，綜合考慮，確定本工作面采用走向長壁后退式采煤法，頂板采用全部垮落管理方法，煤層平均厚度為1.6m。采用一次采全高綜采工藝。綜采工作面的機械設備都是配套購置的，合理的設備選型以及優良的成套配置方才能夠在最大程度上發揮其使用效率[2]。在綜采工作面配置的機械設備當中，最主要的就是三機配套，即采煤機、液壓支架及刮板輸送機。需要考慮的因素有：生產能力配套，采煤機負責割煤和裝煤，采煤機的生產能力對于煤礦的生產能力起到直接的決定性作用，而刮板輸送機的輸送能力必須大于采煤機的生產能力，另外液壓支架的移架速度務必大于采煤機的牽引速度。還需要考慮的是機械設備的結構尺寸是否符合巷道的空間尺寸和布置方式，并且需要留有相應的安全空間和工作空間。
2.2.1采煤機設備選型采煤機的裝機功率計算公式如公式（1）所示。N=60Kb×B×H×Vave×Hw（1）式中：N為采煤機的裝機功率，Kb為備用系數，B為采煤機的截深，H為采煤機的割煤高度，Vave為采煤機的平均割煤速度，Hw為采煤機的割煤單位比能耗。通過計算可得采煤機的裝機功率415.72kW，在采煤機的設備選型當中，選型功率必須大于計算的裝機功率。
2.2.2刮板輸送機設備選型根據刮板輸送機的輸送能力必須大于采煤機的生產能力要求，按照公式（2）進行計算。Q≥KyKvKcQm（2）式中：Q為刮板輸送機的輸送能力，Ky為考慮到運輸方向及傾角的系數，而Kv為考慮刮板輸送機與采煤機同向運動時的修正系數，而Kc為采煤機割煤速度的不均勻系數，Qm為采煤機的最大生產能力。通過計算可以得到采煤機的生產能力為589t/h。刮板輸送機選型過程中除了需要考慮采煤機的生產能力之外，還需要考慮與采煤機型號的配套性。
2.2.3液壓支架選型根據相關理論要求，綜采工作面所能夠承受的最大壓力至少應當為采高頂板巖石重量的4~8倍，按照公式（3）進行計算。Pt=8hγg（3）式中：Pt為支護工作面頂板所需要的強度，h為按液壓支架的最大采高，γ為頂板的巖石視密度，g為重力加速度，通過計算可得綜采工作面所能夠承受的最大壓力為0.29MPa。
2.3采煤工藝
工作面采煤工藝順序為：準備→采煤機割煤、裝煤、刮板輸送機運煤→伸支架伸縮梁臨時支護頂幫→收支架伸縮梁→移架、支護頂幫→推移刮板輸送機→清煤→整理。準備：對人員、機械、材料到位情況進行檢查。割、裝、運煤：前滾筒割底煤，后滾筒割頂煤，割煤過程中將煤裝至刮板輸送機，通過轉載機、輸送帶等運至井底煤倉。支：割煤后及時用伸縮梁對頂板進行支護?；兀阂簤褐Ъ芮耙频倪^程對后方的采空區繼續垮落。推：割煤完成拉架后開展。整理：一個循環完成之后對工作面的浮煤、衛生以及支護等進行整理。
2.4頂板管理及礦壓復測
綜采工作面管理頂板采用全部垮落法，常規情況的管理主要是割煤完成及時支撐護頂，支架立柱前后偏差在允許范圍內，液壓支架的頂梁必須平行頂板并且保證接頂緊密，使頂梁受力良好等。對于非正常回采的頂板管理，局部冒頂需要用道木接頂并升緊支架；頂板破碎，應當帶壓移架并及時支護頂板；回風順槽的機尾端頭處，受到沿空留巷第三次的動壓影響，該部位頂板壓力變大，應力集中于端頭處沿工作面方面25m前后，因此需要加強對后20架的支架管理，及時巡查，確保支架工作狀態正常，并管理好端頭頂板。應當加強對9100工作面的礦壓監測工作，主要監測內容包括支架的受力情況，順槽及沿空留巷巷道的頂板離層情況及頂底板巷幫移近量變化情況。
3結語
隨著煤礦的開采，中厚煤層綜采工作面，特別是長距離中厚煤層綜采工作面會經常出現，特別是當前煤礦設備型號及功能多樣化逐漸增多，綜采工作面開采設計當中，根據工作面實際情況做好三機配套選型是關鍵。尤其是當前，自動化技術逐步應用到煤礦當中，型號、功能等方面的接口以及配套選擇將越來越重要。
參考文獻
[1]徐建軍.薄-中厚煤層綜采面自動化開采技術研究與實踐[J].煤炭科學技術,2014.
[2]李恩國.復雜條件下中厚煤層綜采面開采技術研究[J].能源與節能,2013(04):14-16.
作者：竇勇 單位：山西煤炭運銷集團蓋州煤業有限公司
