谈复合顶板中厚煤托伪顶走向长壁采煤法

谈复合顶板中厚煤托伪顶走向长壁采煤法

【摘要】针对桃山煤矿二采区的复合顶板中厚煤层伪顶极易垮落、顶板难以管理的情况，采用走向长壁全部垮落法开采，取得安全、高效、低成本、低灰分的良好效益。

【关键词】复合顶板；托伪顶；走向长壁；全部垮落法

1.工作面基本条件

七煤集团公司桃山煤矿二采79#层一、二水平工作面，煤层倾角最大43°，最小29°，平均31°，采高平均1．85m，工作面长70~110m左右(含下巷5m护巷煤柱)。伪顶厚度1．2m，煤、页岩、炭页岩互层，松软。直接顶为1．5m的细粉砂岩，较硬。老顶为15m厚的灰色粉砂岩，坚硬。底板为0．8m厚的砂岩。伪顶由于松软，放炮后极易冒落，底板没有压陷现象，煤层／值为1．63，松软，但不易片帮。工作面支护采用DZ22型单体液压支柱，支护为三排五柱，走向排距1．0m，倾斜柱距0．7m。软帮切顶为密集管理，最大控顶距3．5m，最小控顶距2．5m。

2.托伪顶走向长壁采煤法的产生

二采区在回采缓、急倾斜中厚煤层时，已有成型的“防冲击采煤法”，并取得了安全，高产、高效、高回采率成绩。1998年末，424采煤队搬到79#层左三片。过去该层煤一直都采用“刀柱法”回采和英国伽利克大倾角综采。两种方法都是伪顶与煤同时开采，煤质灰分达41．10％。“刀柱法”回采率只有60％，且产量低，月产量只有3500t，安全无保障，通风困难。在二采区，综采两年多，其产量一直很低。经常冒顶，吨煤成本高，售价低，效益低下。

因此，在回采工作面形成前，不采伪顶。虽然，上、下巷均是挑伪顶施工，但是，经过现场勘查，决定采用刀柱法留伪顶开采。回采之初，从开切眼留2m煤柱重新拱一条3m宽上山，用木柱支护顶板。施工发现，放完炮后伪顶暂时不垮落，待顶子打完，煤出完再放第二遍炮时，由于木柱强度达不到要求，炮一崩就倒，伪顶马上垮落，危险，进度又慢。当第一条上山拱透后，按循环进1．2m正式开帮回来，准备开8m宽后再重新拱上山。当开帮到6m宽时，回收木柱就已相当困难。软帮伪顶基本全部垮落将木柱埋住，硬帮因打木顶子时间长，支护强度差，也在不断冒落到难已生产的局面。这时，决定采用单体柱管理顶板。

工作面支护方式为三排五柱，软帮没有设计密集。生产发现，由于软帮伪顶极软，且随翻随来。于是，将软帮顶子埋柱，扒顶子非常危险和困难。根据伪顶垮落特点，将软帮改为密集管理。这样，即使伪顶垮落，因为有密集而挡住矸石，矸石也不会窜人工作面埋顶子，从此再也没发生埋顶子现象。根据现场观察、分析，加强了工作面的支护密度，采取缩小工作面的开帮进度等强有力措施，使伪顶顶板管理效果非常理想，日产达到300多t。

经过对顶板结构分析和压力计算，得出工作面沿走向推进46m时，老顶出现第一次来压。为了确保初次放顶顺利，保证安全，决定第一条上山采30m宽时，留5m煤柱，跳面再重新拱上山，每30m跳一次面。这样，回采率可达70％，保证安全，提高煤质。当沿走向回采31m时，直接顶第一次来压。由于伪顶垮落及时，又基本能将采空区充填满(下中部直接顶未发现来压)，工作面没有受到冲击，也没有影响生产。这就更加坚定了要沿走向长壁回采的信心。掌握了顶橡活动规律及来压时岩石对工作面的冲击情况后，又采取了加厚加长顶冒和防矸石窜人措施，采到42m时也没有跳面。老顶第一次来压，并不十分明显，工作面只停产了2个多小时。工作面经过初次放顶考验，伪顶没有受到明显破坏。这样，就产生了托伪顶走向长壁采煤法。

应用该采煤法生产3年多，经历数次观测，没有推场子的现象，埋顶子也相当少，而且在周期来压时，工作面单体支柱的工作阻力和活柱下沉量没有较大变化。

3.理论分析

3.1以顶板一次冒落高度说明工作面的支护强度安全可靠

H=■=■6.17m(1)

式中：H为顶板一次冒落高度；M为采高；K■为岩石初始碎涨系数。

P=H×L×a×R×C=6．17×63×3．5×2．5×1．3是=4 421．6t(2)

式中：P为顶板压力；H为顶板一次冒落高度；L为工作面长度；A为工作面最大控顶距；R为岩石密度；C为动压系数，则：

P■=■=■ (3)

式中：P■为平均每根支柱承受的压力；P为顶板压力；Z为工作面支柱根数。

安全系数体验K=■

式中：K为安全系数；N为支柱的额定工作阻力；P■为每根支柱承受的压力。

3.2工作面采用三排五柱软帮密集管理

其目的是，采空区垮落岩石不能窜人工作面埋顶子，并保护工作面作业人员的安全，从而使采区伪顶形成一条垮落带，伪顶自然垮落。

3.3采空区处理

(1)工作面回采过程中，伪顶随翻随冒，岩石冲向工作面中下部，堆积起来能够缓解直接顶的冲击地压，相当于缩短了工作面长度，同时，也缩短了直接顶到底板的垮落距离，因而降低了老顶的来压强度。

(2)随工作面推进悬顶的增大，老顶要失稳。坚固的老顶岩梁，一端由煤壁支撑，另一端由垮落的岩石支撑。从岩梁的冒落规律或从其力的分布看，首先由岩梁的中部离层，破坏，冲击下来，形成缓慢下沉状态，然后向两侧扩展。由于首先卟占下来的老顶岩石在岩梁的中部，远离工作面采空区，而且还有伪顶和直接顶矸石缓冲，所以工作面的周期来压并不强烈。现场观测带来压强度为D=1．64，支柱活柱的下沉量并不明显。

4.经济技术分析

该采煤法使用单体外柱比使用木柱成本低，经济效益好。工作面的支护安全可靠。工作面的回采率高，单产高，煤质好。

(1)安全可靠。工作面翻打时，由于冒落的只是伪顶，而且下落后即成破碎状态，支柱所受冲击力较小，工人操作安全。即使周期来压时，由于有先冒落伪顶缓冲，缓解直接顶和老顶的冲击地压，工作面来压强度不太强烈，工作面能够正常生产。

(2)高产、高效。平均月产量10810t，平均工效8．37to如果采用刀柱法回采，月产量不过3500t，工效2．45t／工。大倾角综采在该煤层左二片回采时，月产量都没有超过5 000 t，并且经常冒顶，非常危险，根本没能发挥作用。

(3)回采率高。自二采区79#层采用托伪顶采煤法以来，共动储量52．2万to除424采煤队目前正在回采右四片的11万t外，已生产原煤47．29万t，回采率达到90．6％(含下巷护煤柱)，而刀柱柱法回采率仅为60％。共计比刀柱法多回采煤炭15．97万t，多创收1 612．59万元。

(4)提高了煤质。原来采用刀柱法和英国进口伽利克大倾角综采时，都是伪顶，煤层同时开采，煤灰分达到41．10％。采用托伪顶采煤法以后，灰分降到了21．46％，灰分降低后的售价，由70．9元／t增到105元／t。

(5)降低了成本。因刀柱法掘进率高，需要通风，风机采煤，用电量大，回采伪顶消耗大量炸药、电雷管等，木柱回收率只有70％，损失浪费严重。经过成本概算，刀柱法吨煤成本为18．15元／t，而托伪采煤法吨煤成本为15．7元／t，成本降低了2．45元／t，共计节资成本115．86万元。

该采煤技术的经济效益和社会效益十分可观，安全可靠，具有广阔的推广应用价值。目前，424采煤队正在回采79#层右四片，桃山矿二水平现储量有366．7万t，都可采用这种方法。