張華榮

（山西潞陽煤炭投資經(jīng)營管理有限公司， 山西 晉中 045400）

我國作為全球煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)的第一大國，煤炭的儲量也在全球范圍內(nèi)名列前茅。我國煤層所處的地域相對較廣，鑒于不同的地理?xiàng)l件，煤層所形成的原因也千差萬別。因此，不同地域的煤層特點(diǎn)各不相同[1]。比如，有些煤層頂板松軟，導(dǎo)致對該種煤層的頂板管路相對復(fù)雜；有些煤層的間距較小或者上下煤層差異明顯，導(dǎo)致開采上下煤層時波動較大；有些煤層上頂板結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致其支護(hù)困難，開采難度較大，使其無法達(dá)到應(yīng)有的設(shè)計能力?？傊?，由于煤層復(fù)雜的地下特點(diǎn)，導(dǎo)致其開采時常常受到開采工藝不成熟的限制。

特別是針對間距特別近的煤層，采用一般工藝開采時下部煤層的頂板往往會被上部煤層所破壞，且下部煤層的巷道也存在被破壞的風(fēng)險。此外，開采極近距煤層時容易造成冒頂、漏頂?shù)劝踩鹿?，使得綜采工作面的安全系數(shù)大打折扣[2]。總之，開采極近距煤層時對該下部煤層的頂板管理、巷道支護(hù)以及工藝技術(shù)有特殊的要求。因此，應(yīng)加強(qiáng)對極近距煤層開采工藝的研究，提高對綜采工作面的回采效率，從一定程度上降低對煤炭資源的浪費(fèi)。

1 極近距煤層采煤工藝研究

1.1 極近距煤層的定義

極近距煤層指的是，煤層群層之間的距離非常小，在開采過程中受上下煤層的影響較大的煤層。在開采過程中，煤層的圍巖應(yīng)力會重新分布導(dǎo)致對相鄰煤層的頂板或者底板塑形造成影響[3]。經(jīng)研究可知，煤層間距越小，相鄰煤層開采的相互影響程度越發(fā)的嚴(yán)重。在對極近距煤層進(jìn)行判定時，可依據(jù)式（1）進(jìn)行判定。

式中：γ 為煤層上方巖層的平均容重，kN/m3；H煤層的平均埋藏厚度，m；L為煤層所處工作面的長度，m；Rrmc為煤層上方巖層的單軸抗壓強(qiáng)度，MPa。

本文所研究的煤層的γ=25 kN/m3，H=210 m，L=150 m，Rrmc=55.2-55.63 MPa。將上述參數(shù)帶入式（1）中，得該煤層的最大間距范圍為4.18-5.92＜6 m。因此，可以定義本文所研究煤層為極近距煤層。

1.2 極近距煤層的開采工藝

本文所研究極近距煤層所處工作為首次開采的工作面，煤層平均厚度約為4.38 m，煤層的平均傾角為3°。煤層之間為0.3 m 的夾石，煤層直接頂為粉砂巖，粉砂巖層的平均厚度為2.4 m。

1）極近距煤層開采時支護(hù)設(shè)備對煤壁的壓酥作用不大，導(dǎo)致其煤壁堅(jiān)硬不易截割。因此，需提升采煤機(jī)的功率，降低采煤機(jī)滾筒降低截割阻力[4]。同時，采用適當(dāng)?shù)谋品桨冈诓挥绊懴噜徝簩拥那闆r下，使得煤壁松軟。

2）極近距煤層在開采過程中，下部煤層的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律比較復(fù)雜。因此，對極近距煤層的開采需經(jīng)歷一下三個步驟：從實(shí)體煤向采空區(qū)推進(jìn)、在采空區(qū)開采、從采空區(qū)向?qū)嶓w煤推進(jìn)。

從實(shí)體煤向采空區(qū)推進(jìn)時，需加強(qiáng)對兩個區(qū)域煤層的支護(hù)，并在巷道的出口位置處支設(shè)臺棚，煤層工作面所采用的支護(hù)設(shè)備為超前移架，將長護(hù)壁板更換為短護(hù)壁。

在采空區(qū)開采時，工作面采用雙向割煤的方式開采，以減少工作面空頂?shù)臅r間；實(shí)時根據(jù)頂板的情況調(diào)整泵站的壓力；將膠帶順槽超前支護(hù)30 m，將軌道順槽超前支護(hù)60，均與順槽平行。

從采空區(qū)向?qū)嶓w煤推進(jìn)時，應(yīng)提前降低采煤高度并檢查工作面所有設(shè)備運(yùn)行情況，及時更換不合格的設(shè)備；采用雙向割煤的方式快速進(jìn)入實(shí)體煤，減少工作面空頂時間。

3）根據(jù)極近距煤層的頂板情況選用適當(dāng)?shù)囊簤褐Ъ?。其中，?dāng)頂板為塊裂頂板時，應(yīng)選用支撐掩護(hù)支架；當(dāng)頂板為碎裂頂板時，應(yīng)選用掩護(hù)式支架。

4）極近距煤層開采時，由于種種原因造成回采工作面無法形成正常的全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)。因此，應(yīng)在回采工作面安裝局扇，降低回采工作面的回風(fēng)順槽的壓力；在工作面順槽安裝調(diào)節(jié)風(fēng)門，確保工作面空氣按照正常的方向流動。

2 極近距煤層采煤工藝可靠性分析

2.1 8243 工作面可靠性分析

本文所研究的極近距煤層所處工作面的長度為134 m，推進(jìn)長度為1 510 m。該工作面的生產(chǎn)能力如下：采煤機(jī)每天推進(jìn)長度為5.6 m，每天產(chǎn)煤量為3 181 t。該工作面采用單一長壁后退式采煤方法，頂板管理方法為全部垮落法，回采工藝為綜合機(jī)械化回采工藝[5]。該工作面的可靠性指標(biāo)如表1 所示。

表1 極近距煤層工作面可靠性指標(biāo)

為了得出基于上述采煤工藝下，影響極近距煤層工作面可靠性因素的主次，對該工作面所有工作設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行測定，并得出各個環(huán)節(jié)的停工時長，如表2 所示。

表2 極近距煤層8243 面各環(huán)節(jié)停工類型及時長統(tǒng)計表

分析表2 可知，該極近距煤層工作面停工時長最高是由造成頂板造成的，其次是由液壓支架、輸送機(jī)。經(jīng)統(tǒng)計可知，影響極近距煤層工作面可靠性的主要因素為頂板、液壓支架和輸送機(jī)；次要因素為采煤機(jī)和破碎機(jī)。

2.2 8245 工作面可靠性分析

8245 工作面為8243 工作面的相鄰工作面，該工作面的長度為131 m，推進(jìn)長度為1 368 m。8245工作面的開采工藝與8243 相同。通過對8243 工作面可靠性的分析得知，影響該工作面可靠性的主要因素為頂板、液壓支架和輸送機(jī)。因此，8245 工作面開采時，采用超前加固支護(hù)、改變巷道支護(hù)、增加采煤機(jī)功率、減小滾筒直徑以及選用合理爆破方案等措施。8245 工作面各個環(huán)節(jié)停工類型及時長統(tǒng)計如表3 所示。

表3 極近距煤層8245 環(huán)節(jié)停工類型及時長統(tǒng)計表

經(jīng)統(tǒng)計可知，影響8245 工作面可靠性的主要因素為輸送機(jī)、采煤機(jī)和破碎機(jī)；次要因素為液壓支架和電氣系統(tǒng)。

對比8243 工作面可知，采取相應(yīng)措施后8245工作面中不存在由于頂板管理降低可靠性。而且，8245工作面設(shè)備的停工時長降低約2 714 min。即說明，采用“1.2”中的采煤工藝可大大提升工作面的可靠性。

3 結(jié)語

不同特點(diǎn)的煤層對采煤工藝提出了不同的要求和挑戰(zhàn)。對于極近距煤層而言，在實(shí)際開采過程中相鄰煤層的開采相互影響程度顯著，進(jìn)而降低相鄰煤層工作面的可靠性。因此，針對極近距煤層應(yīng)充分分析影響其可靠性的主要因素和次要因素，并采取對應(yīng)的改進(jìn)措施，以提升工作面的可靠性。