预采顶分层综采放顶煤采煤法在轩岗矿区5#煤层应用的可行性研究

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摘要：采用预采顶分层综采放顶煤采煤法开采5号煤层可从根本上解决几个难题：可解决5号煤层采掘工作面瓦斯管理及通风管理困难的问题；在一定程度上可解决沿5号煤层底板掘进时顶板管理困难及煤尘大的问题；有利于沿底综采放顶煤工作面顶板管理并加快工作面推进速度；有利于提高煤质，提高煤炭回收率。

关键词：预采顶分层 放顶煤采煤法 轩岗矿区5#煤层 应用 可行性研究

中图分类号：TD823.49 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（b）-0084-01

预采顶分层综采放顶煤采煤法一般用于厚度在10m以上，直接顶坚硬不易冒落或煤层瓦斯含量大，需要预先排放瓦斯的厚煤层的开采。

轩岗矿区5号煤层情况：5号煤层位于太原组下部。为主要可采稳定煤层。煤层厚度5.70～22.15m，平均12.34m。顶板一般为砂质泥岩、石灰岩及泥岩，砂质泥岩厚度一般为：5～16.23m，含黄铁矿结核。底板一般从上至下依次为：细砂岩、石灰岩、泥岩、粉砂岩、K1细砂岩。

轩岗矿区焦家寨矿瓦斯情况：焦家寨矿属高瓦斯矿井，从近几年瓦斯等级鉴定结果来看，瓦斯绝对涌出量在逐年增加，随着开采深度的增加瓦斯绝对涌出量还会继续增大。

轩岗矿区5号煤层平均厚度在10m以上，煤层瓦斯含量大，煤质松软，现采用沿5号煤层底板用风镐掘进综采放顶煤工作面回采巷道；由于掘进过程中5号煤极易冒落，冒落后瓦斯涌出量明显增大，瓦斯经常超限；5号煤综放工作面在回采过程中，采煤机割煤时富存在煤层中的瓦斯大量释放出来，放煤时采空区瓦斯也大量释放，造成工作面、上隅角、回风流瓦斯极易超限。给安全生产带来极大隐患，因此5号煤顶板管理和瓦斯管理已成为全矿安全工作的重中之重。

鉴于轩岗矿区5号煤层的赋存条件及矿井实际情况，轩岗矿区宜采用预采顶分层综采放顶煤采煤法开采5号煤层，即先沿5号煤层顶板下布置顶分层回采工作面，采用金属网假顶全部垮落法进行回采，采高控制在2～2.2m之间，待采完顶分层后，再沿5号煤层底板布置综采放顶煤工作面进行回采。

顶分层回采巷道可采用轻型综掘机掘进；顶分层工作面可采用综采支架管理顶板、单滚筒采煤机割煤、刮板运输机运煤；底分层工作面仍采用现综采低位放顶煤采煤法回采。

采用预采顶分层综采放顶煤采煤法开采5号煤层可从根本上解决几个困扰轩岗矿区开采5号煤层存在的问题，从而为安全生产创造有利条件。

1 可解决5号煤层采掘工作面瓦斯管理及通风管理困难的问题

轩岗矿区现5#煤综采放顶煤工作面掘进回采巷道时由于瓦斯涌出量大，瓦斯极易超限，故在巷道两帮施工钻场及抽放钻孔使用ZWY110/132型移动式瓦斯抽放泵超前预抽煤层瓦斯；工作面回采时通过上隅角埋管、施工回风斜交高位钻孔、千米走向裂隙钻孔，使用ZWY40/75型、ZWY85/160移动式瓦斯抽放泵站对工作面上隅角采空区瓦斯进行抽放。另外，经有资质单位对轩岗矿区5号煤测定后，该煤层具有突出危险性，根据防突规定必须建立地面抽放系统，现有的井下移动式瓦斯抽放系统不能满足生产要求，而建立地面抽放系统需要大量的资金、人力和物力。

假设5号煤采用预采顶分层综采放顶煤采煤法，在预采顶分层过程中可释放掉大部分积存在煤层中的瓦斯，当沿5号煤层底板掘进回采巷道及放顶煤回采时，采掘工作面瓦斯涌出量将大大减少，综采放顶煤工作面无需再进行瓦斯抽放，同时采掘工作面配风量可适当减少，可从根本上解决轩岗矿区“5号煤采掘工作面配风大煤尘大、配风小瓦斯超”的矛盾。

2 在一定程度上可解决沿5号煤层底板掘进时顶板管理困难及煤尘大的问题

轩岗矿区现5#煤回采巷道掘进时采用11#工字钢梯形棚支护，棚距0.5m，由于巷道顶、侧压大，支护强度不够，经常需要加棚维修，并且在每根钢梁下各支设一根木点柱加强支护。另外，由于5号煤属典型的“三软”煤层，为了防止顶煤在掘进过程中容易冒落，采用在迎头超前打锚杆的办法降低顶煤冒落的可能性。这种施工方法存在工人劳动强度大、施工困难、材料消耗大、煤尘大等诸多问题。

而采用预采顶分层综采放顶煤采煤法先采顶分层，在顶分层开采过程中，顶板自行垮落，当沿5号煤层底板掘进时，巷道顶、侧压会明显减小。同时在顶分层回采过程中还可向下部煤层预注水，从而可实现沿底掘进巷道时，巷道压力小，顶煤不易冒落，煤层也大大降低，可从根本上解决沿5号煤层底板掘进时顶板管理及防尘工作困难的问题，棚距可适当加大，既节约了材料，又降低了工人劳动强度，巷道掘进速度也会加快。

3 有利于沿底综采放顶煤工作面顶板管理并加快工作面推进速度

轩岗矿区现5号煤综采放顶煤工作面由于受顶板压力大及周期来压显现等影响，工作面两巷超前大约100m范围内必须加强支护，顶板周期来压时工作面有可能出现煤壁片帮或冒顶，给工作面顶板管理造成困难，工作面推进速度较慢。而经过预采顶分层后，由于顶板已经断裂、垮落，当沿底回采时就不再出现周期来压，压力显现就不明显，两巷超前维护量就会大大减少，工作面煤壁片帮或冒顶的可能性就会很小，工作面推进速度自然也就提高了。

4 有利于提高煤质，提高煤炭回收率

轩岗矿区现综采放顶煤工作面在放煤时容易放出矸石，生产出的5#煤含矸率较高，为了提高煤质，矿虽然增设了地面选矸、翻矸等系统，但还是不能彻底提高煤质。而如果采用预采顶分层综采放顶煤采煤法，由于预采顶分层时铺设了金属网假顶，故在放顶煤回采时，既不会放出矸石来，又能将顶煤基本放净，生产出的原煤含矸率大大降低，从而可大幅度地提高煤质，煤炭回收率也有所提高。

由于预采顶分层综采放顶煤采煤法目前在国内外应用不多，因此没有资料可供参考，所以在轩岗矿区第一次推广应用具有一定的风险性，主要表现在以下几个方面简述其风险性及对策。

（1）综掘机沿5号煤顶板掘进顶分层回采巷道，在轩岗矿区尚属首次，是否成功有待分析研究后方可决定实施。

（2）5号煤顶分层巷道掘进时的瓦斯管理将成为该采煤方法的主要问题。

（3）沿顶分层回采时，需测定煤层瓦斯释放量及残存量，如残存瓦斯量大，需采取措施降低底分层瓦斯含量，以利于沿底回采时的瓦斯管理。