边角煤综采放顶开采实践

1 工程概述

A 矿井下 3- 边角 06 作业面处于原井下三采区 702作业面 (已回采完毕)，作业面南侧为开采完成的 701作业面，整个作业面东西走向。在矿井初期开采设计时，为了规避井下 F7 大断层对回采作业的影响，在井下三采区 701 作业面与 702 作业面之间留设了长420 m、宽 230 m 的煤层 (即 3- 边角 06 作业面)，待 701 作业面和 702 作业面顶板活动稳定后，根据实际情况对进行回采安排。3- 边角 06 作业面主采 3# 煤层，厚度均值 6.2 m，倾角均值 4°，作业面西侧为 F7 大断层，东侧与采区轨道大巷相连。煤层整体赋存状况稳定，回采范围内不存在大型断层或其他特殊地质构造。煤层上部直接顶为厚度均值 9.6 m 的泥岩层，层理均匀，中厚层状，深灰色;上部基本顶为厚度均值 0.9 m 的细粒砂岩层，灰色薄层状，以石英为主;下部直接底为厚度均值 0.3 m的泥岩层，层理均匀，中厚层状，深灰色，含有植物根茎化石;基本底为厚度均值 2.7 m 的粉砂岩层，薄层状，水平纹理，裂隙发育，深灰色。图 1 即为作业面布设示意图。

2 开采工艺选择分析

3- 边角 06 作业面推进长度和倾向长度分别为 400 m和 150 m，长度较短，结合 A 矿现有回采设备，设备统计如表 1 所示，确定作业面回采使用走向长壁后退式综合机械化放顶煤开采工艺，顶板管理采用全部垮落法。

2.1 作业面液压设备选型

鉴于 ZF5800/16/30 型液压支架主要用于 A 矿井下正常作业面的回采作业，其能否有效满足 3- 边角 06作业面安全生产对支架作业阻力的需求，还需重新核算[3-4]。计算公式如下，即：q=KdMKd-1 γ，(1)P=q(Lk+LD)B，(2)式(1)~(2)中，q 为支护强度，MPa;Kd 为动载系数，值 1.4;M 为综放开采回采高度，取值 6.3 m;γ 为顶板岩石容重，取值 25 kN/m3;P 为支架作业阻力，kN;Lk为支架伸缩量，m;LD 为支架顶梁长度，m;B 为液压支架宽度，m。在3-边角06作业面回采过程中，拟使用ZF5800/16/30型液压支架，其伸缩量为 800 mm，顶梁长度为 500 m，支架宽度为 1 500 mm。由此计算可知，支架作业阻力为4 796 kN，低于支架额定工作阻力5 800 kN。这说明，该型号支架可以满足作业面的生产使用需求。

2.2 作业面巷道布设

3- 边角 06 作业面开切眼采用南北布设方式，两侧巷道采用东西走向布设，巷道支护均选用锚网支护工艺，其中，顶板锚杆选用直径 22 mm、长度 2 400 mm 的螺纹锚杆，巷帮锚杆选用直径 22 mm、长度 2 400 mm的螺纹钢锚杆，锚索选用直径 22 mm、长度 9 000 m的高强度低松弛预应力钢绞丝锚索。作业面切眼区域支护时，锚索布设排间距为1 600 mm×2 100 mm，顶板锚杆和巷帮锚杆布设排间距均为 800 mm×800 mm;运输巷道支护时，锚索布设排间距为 1 600 mm×2 400 mm，顶板锚杆布设排间距均为 800 mm×800 mm，巷帮锚布设排间距均为 800 mm×850 mm;回风巷道支护时，锚索布设排间距为 1 600 mm×2 200 mm，顶板锚杆和巷帮锚杆布设排间距均为 800 mm×800 mm。

3 采煤工艺选择分析

3.1 割煤及运煤

A 矿现用采煤机型号为 MG300/700-WD，该采煤机截割深度 800 mm，运动方向为自机构向机尾，运动轨道为前刮板运输机[5]。作业时，前后滚筒分别割顶煤和底煤。煤炭被滚筒割落后，直接甩落至运输机机槽内，再经转载机和皮带运输机运至采区煤仓。同时，因割煤作业而产生的遗落在煤壁与刮板运输机之间的浮需要作业人员及时清理，以免浮煤对作业面液压支架和刮板运输机的正常运移造成负面影响。

3.2 推移前刮板运输机

在推移前刮板运输机时，应当滞后采煤机 10 m 进行，推移时必须确保刮板运输机处于作业状态。同时，为了确保具备充足的推移动力和相应的转弯角度，采用 5 台支架千斤顶同组顺次操作的方式，推移弯曲段长度不得小于 15 m，以确保采煤机顺利转弯。当采煤机停止割煤作业后，刮板运输机应当立即停止推移作业，以避免发生事故。

3.3 移架作业

针对液压支架的操作，采用手动操作的方式，同时，采用单架间隔放煤的方式，并进行追机作业。

3.4 放顶煤作业

作业面放煤应当在支架移架和前刮板运输机推移完成后进行，其中，前刮板运输机的送机应当与放煤作业串联进行，切不可并行开展[6]。在作业面首次放顶作业后，鉴于作业面矿压显现强度偏弱，放煤破坏程度较弱，未达到相应的放煤标准。针对此，在后续作业中，要适当减慢割煤速度，增加应力作用于顶煤的时间。同时，适度调整支架支护高度，确保直接顶与顶煤的充分分离。放煤步距设定为 800 mm，采用一采一放的作业方式，放煤顺序为隔一放一。

3.5 拉后刮板运输机

后刮板运输机拉机作业滞后放顶煤作业 20 m 进行。推移后刮板运输机时，应当确保其处于作业状态。同时，为了确保具备充足的推移动力和相应的转弯角度，采用 5 台支架千斤顶同组顺次操作的方式，推移弯曲段长度不得小于 15 m。当采煤机停止割煤作业后，刮板运输机应当立即停止推移作业，以避免发生事故。

4 结语

边角煤遗留作为矿井生产中经常出现的问题，采取有效措施实行对边角煤的高效开采，对于提升矿井生产综合效益意义重大。此次研究结合 A 矿 3- 边角 06作业面，对边角煤综采放顶工艺作出综合分析，在确保回采安全的同时实现了边角煤的安全回采，为矿井的长久可持续发展提供了有力助推。