【摘 要】根据南阳煤矿3号煤层的地质赋存条件，综合采用理论分析、工程类比、计算机模拟等研究方法，从煤层赋存特征、安全可行性等方面进行了大采高综采可行性论证，并对工作面布置、设备选型进行了设计。

　　【关键词】大采高；可行性；回采工艺；优化设计

　　我国厚煤层储量及产量占全国煤炭储量及产量的40%～46% ， 厚煤层开采技术水平决定着中国煤炭产业的科技进步与整体实力的提升。大采高一次采全高开采对煤层地质条件适应性好、巷道布置系统简单、生产易于管理、资源采出率高等一系列优点。到目前为止，对于厚度3.5～6.2m的缓倾斜厚煤层，大采高一次采全高综采已取得了成功。与分层综采相比，在降低掘进率，缓解采掘接替紧张，简化生产环节和保证安全生产等方面具有明显的技术优势。据统计，大采高综采工作面的单产水平要比同一煤层条件下的倾斜分层综采工作面高1.18～2.62倍，回采工效提高0.58～1.22倍。虽然大采高综采设备的投资和设备折旧费比分层综采高，但由于其产量大、效率高以及减小回采巷道、不铺设假顶和减少工作面搬迁等因素，其综合经济效益明显高于分层综采。与因此，在合适的煤层地质条件下大采高一次采全厚综采是一种有发展潜力的采煤工艺。

　　1 矿井概况

　　山西高平科兴南阳煤业有限公司3号煤层赋存于山西组下部，煤层厚度4.11～6.0m，平均5.41m，该煤层属全区稳定可采煤层。煤层一般含0～1层夹矸，夹矸厚度0.02～0.50m，岩性多为炭质泥岩，结构简单。二采区位于井田南部，采区巷道布置有二采区运输巷和二采区回风巷。根据矿方预测，二采区的采区设计资源/储量为23490kt，设计可采储量为21141kt，采取服务年限为25a。3号煤层大采高综采试验工作面拟选在二采区3202工作面。

　　2 号煤层大采高综采可行性分析

　　2.1 煤层厚度分析

　　根据地质报告，3号煤层赋存基本稳定，煤层厚度4.11～6.0m，平均5.41m，属全区稳定可采煤层，3号煤层具备采高4.5～6.0m割煤高度的大采高综采条件。

　　2.2 煤层硬度分析

　　根据南阳矿3号煤层的物理力学测定结果，3号煤层单向抗压强度平均为20.05Mpa，f ≈2，属中硬煤层；直接顶单向抗压强度为22.27Mpa；底板单向抗压强度为64.95Mpa，属中硬岩层。现有适用大采高综采的采煤机的截割能力能够达到适应煤岩硬度为f≤6，所以，从南阳煤矿3号煤层的硬度来看，国内采煤机装备水平能够满足割煤要求。

　　2.3 煤层倾角分析

　　支架的稳定性直接受煤层倾角的影响，随着倾角增大，上覆岩层中力沿层面的分量增大，沿垂直层面的分量减小，顶底板沿层面的滑移量也增大。这就使得工作面支架受垂直载荷较小，但支架所受侧向力较大，支架稳定性变差。倾角越大，支架的合力作用线落在底座范围以外越远，支架越不稳定。因此，支架容易下滑或倾倒，安全隐患大。可见，煤层倾角直接关系到煤矿的安全生产。

　　南阳煤矿地质条件相对简单，3号煤层倾角在7。以内，属于近水平开采，倾角对3号煤层采用大采高综采基本无影响。

　　2.4 煤壁片帮控制分析

　　大采高成功的关键在于煤帮控制和支护系统的稳定性。解决该问题的途径在于通过对煤层结构的分析，研究控制煤帮和保证支架稳定性的合理支架结构，尤其要加强护帮板的作用，增加护帮高度。从煤层赋存条件和煤层结构分析，煤层的层理裂隙发育，节理裂隙与层理斜交，煤体的完整性较差，整体强度较低。采用大采高回采工艺之后，随着割煤高度的增加，顶板矿压显现高于普通综采面，在支承压力作用下上位顶煤易于破碎，煤壁稳定性可能较差。但是，在大采高综采面煤壁片帮防治方面，松软煤层矿区积累了丰富的开采经验，通过一定措施（比如改善支架结构、提高初撑力、加快推进速度、注浆加固等方案），完全能够实现大采高综采。

　　通过以上对3号煤层赋存条件、大采高综采装备水平等方面的综合分析，认为南阳煤矿3号煤层适于采用大采高综采工艺。采用大采高综采工艺，采空区遗煤量显著降低，工作面安全生产条件较好。所以，本次设计的3号煤层回采工艺为大采高综采工艺。

　　3 大采高工作面布置及设备选型

　　3.1 首采大采高工作面参数

　　3.1.1 工作面长度及推进长度

　　工作面的长度一般情况下应根据所确定的工作面日产量和工作面的日进度进行计算。但在大多数情况下，各生产矿井多是根据采区几何尺寸和布置的工作面数进行圈定或根据经验和设备能力（刮板输送机的铺设长度）以及工作面设备的初期投资确定。对于综合机械化开采工作面，为了延长工作面寿命，减少搬家次数，应尽量加大工作面的推进长度，但长度太大会增加掘进时期通风的难度，运输距离长，管理难度大。结合二采区的采区巷道布置、工作面回采接替以及投资、工作面管理及产量等方面的因素，3号煤层3202大采高综采工作面倾斜长度确定为185m，推进长度为1800m。

　　3.1.2 工作面割煤高度

　　综采工作面采高主要取决于煤层赋存条件、回采工艺和综采设备及管理水平。3号煤层属于全区稳定可采煤层，平均厚度5.41m。3202试验工作面内的703钻孔资料表明，3号煤层厚度5.34m。同时参考临近的赵庄矿5.5m大采高综采面的生产情况，将3202首采大采高工作面割煤高度初步定为5.4m，在回采过程中根据煤壁的稳定性再适当调整割煤高度。

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