王 磊

(大同煤矿集团公司云岗矿科，山西 大同 037000)

引 言

随着我国原煤产量的不断增加，煤炭开采中复杂构造煤层所占比例逐渐增加，进而对工作面的采煤工艺及安全性提出了更高的要求和挑战。对于工作面复杂构造煤层而言，尤其工作面的特殊性和复杂性导致其煤层条件变化不规律，进而对煤层工作面的生产管理、开采率等带来很多问题[1]。因此，应加强对综采工作面复杂构造煤层开采技术的相关研究，在保证复杂构造煤层开采安全性的同时提高其回采率。

1 工程概况

以同煤某矿某工作面为研究载体，该工作面的走向长度为1 090 m。对不同预应力锚杆支护效应进行对比研究，需全面掌握该工作面顶底板情况。经探测得出，该工作面的顶底板情况，如表1所示。

表1 工作面顶底板情况

根据该矿工作面围岩的稳定性将其分为四类，分别为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类。其中，Ⅰ类围岩属于稳定性围岩，位于巷道顶板2 m的位置内；Ⅱ类围岩属于中等稳定性围岩，位于巷道顶板2 m～4 m的位置内；Ⅲ类围岩属于不稳定围岩，围岩巷道顶板4 m～6 m的位置内；Ⅳ类围岩属于极不稳定围岩，位于巷道顶板6 m的范围之内[2]。本文将主要对该工作面复杂构造煤层巷道的布置方式、回采工艺及采煤方法的选择进行研究。

经探测，该工作面煤层的总体走向为40°～60°，倾角范围为38°～63°；煤层工作面的走向长度为260 m，其中包括倾斜工作面的走向长度为174 m，煤层平均厚度为2.63 m。总的来说，该工作面煤层属于大倾角、构造复杂的煤层。

2 掘进巷道布置及开采方式的选择

2.1 掘进巷道布置方式的选择

合理的巷道布置方式能够为工作面巷道支护和采煤效率的发挥起到事半功倍的效果。针对巷道的布置，应在结合工作面现场地质、煤层以及水文等条件的基础上，本着最经济的原则开展。针对同煤某矿某工作面煤层构造的复杂性，就掘进巷道而言可选择掘岩石水平大巷和在煤层中掘水平大巷。两种掘进巷道布置的优劣性对比如下:

岩石大巷能够适应复杂构造煤层的变化，可保证巷道直线距离最长，提高巷道的运输效率，有效预防火灾等事故的发生。此外，岩石大巷还能够设置煤仓。但是，岩石大巷的掘进对设备要求较高且掘进效率低，需排放出大量的煤矸石存在污染环境的风险[3]。

煤层大巷具有掘进效率高，尤其是对于复杂构造煤层而言该布置方式能够探明工作面的地质以及煤层存储情况，对后续煤层的开采可提高其产量。此外，煤层大巷前期投入成本较低，可在短时间内达到效果，且不要排放出矸石不会对环境造成污染。但是，煤层大巷在后期的维护费用较高且其灵活性较差。

综上所述，鉴于该工作面的地质条件复杂，煤层顶板比较软弱容易破碎且巷道内地应力较大，结合煤层大巷和岩石大巷的优劣势对比结果，最终选在该工作面采用岩石水平大巷的布置方式。

2.2 开采方式的选择

鉴于同煤某矿工作面煤层倾角较大且构造复杂，针对此种煤层特点可选用的开采方式如下：伪斜柔性掩护支架采煤法、斜坡陷落采煤法、俯伪斜走长壁分段密集采煤法、斜台阶采煤法、长空爆破采煤法等。虽然，可应用于复杂构造、大倾角煤层的开采方法较多，但是各种采煤方法均有其一定的局限性[4]。目前，对于大倾角、煤层厚度变化不规则的工作面，为保证采煤方法对工作面地质条件具有较好的适用性，常采用伪斜柔性掩护支架采煤法，其对应的布置情况，如图1所示。

图1 伪斜柔性掩护支架布置图

为进一步保证复杂构造煤层生产的安全性和回采率，针对该工作面的地质条件选择伪斜柔性掩护支架采煤法，具体涉及到的液压支架为：“八”字型掩护支架与单体液压支柱相结合的采煤方式。

3 回采巷道与回采方式的选择

3.1 回采巷道的布置

结合该工作面地质、煤层条件的结果，为简化生产系统提高工作面煤炭的产煤率、安全性和生产效率，该工作面采用伪斜上山工作面分段出煤的布置方式，对应的巷道布置剖面图，如图2所示。

如图2所示，工作面及其斜坡采用煤炭自溜的方式运煤，途径西二坡、东一坡等运出。在上述巷道布置的基础上，其中涉及到三项主要工作包括有：在工作面的上方不断接长掩护支架，在工作面的下方拆卸掩护支架，在掩护支架的作用下完成采煤任务。

图2 31303工作面巷道布置剖面图

3.2 回采工艺的设计

工作面主要采用放炮落煤的方式对进行开采，根据工作面的现场情况分别将炮眼划分为：工作面底部端炮眼、中部刷帮眼以及上部刷帮眼[5]。具体设计如下：

1)工作面底部端炮眼的台阶高度应小于1.2 m，炮眼数量应控制在3个～4个为最佳，并保证炮眼之间的间距范围控制在400 mm～600 mm。而且，在每个炮眼中填装炸药的数量不超过3条；

2)根据工作面的条件将刷帮炮眼布置为上下两排(即为中部刷帮炮眼和上部刷帮炮眼)。其中，上部刷帮炮眼距离支架上肢的距离为0.4 m，且保证每个炮眼的间距为0.5 m；中部刷帮炮眼的间距为0.8 m，上排与下排炮眼的间距为0.8 m。

根据生产要求，工作面炮眼的响炮顺序依次为：中部刷帮炮-上部刷帮炮-底部端炮。各炮眼的关键参数，如表2所示。

表2 工作面炮眼关键参数

4 结语

对于工作面构造复杂的煤层而言，常规开采方式存在支护管理难度大、回采率低的问题。为此，本文以同煤某矿某工作面对其复杂构造煤层的开采方法进行研究，具体总结如下：

1)为该工作面掘进巷道选用岩石水平大巷的布置方式，回采巷道伪斜上山工作面分段出煤的布置方式；

2)针对该工作面，在对其地质、煤层等条件分析的基础上得出其为大倾角、构造复杂的煤层，为其选择“八”字型掩护支架与单体液压支柱相结合的伪斜柔性掩护支架采煤法；采用放炮落煤的回采工艺，并根据现场条件设计工作面底部端炮眼、中部刷帮眼以及上部刷帮眼的三种炮眼。