3.2 大采高综采面回采巷道布置方案

　　南阳煤矿3号煤层大采高综采工作面年产量120万t的条件下，预测工作面绝对瓦斯涌出量23m3/min，需风量2760 m3/min，远小于上述高瓦斯矿区，试验大采高综采面可以采用“一进一回”、“一进两回（U+L）”等通风系统。采用“一进一回”的优点是回采巷道系统简单，巷道掘进工程量小，采掘接替压力小。缺点是大采高综采工作面产量高，风排瓦斯量增加，上隅角瓦斯超限的几率增加。采用“一进两回”增加一条第二回风巷，工作面巷道布置系统见图1。优点是减小上隅角的瓦斯涌出量，降低工作面瓦斯超限的发生机率。以往的综放生产实践表明，3号煤层综放面采用第二回风巷抽放采空区瓦斯，取得了较好的应用效果。通过以上2种方案的优缺点对比，从防治工作面瓦斯超限来考虑，采用“U+L”型通风系统。

　　图1 大采高综采面“U+L”通风系统

　　3.3 大采高综采工作面设备选型

　　3.3.1 液压支架

　　大采高的成败取决于支架与煤层条件的适应性，大采高支架的稳定性和可靠性是安全高效开采的重要保证。根据3号煤层的顶板条件，考虑国内外高产高效矿井的成功经验和发展方向，选用两柱掩护式液压支架，支架中心矩为1.75m。由于3号煤层裂隙发育，采高增加后，煤壁片帮、架前冒顶的机率增加。为此，在顶梁前端增加伸缩梁，伸缩梁对煤壁的作用力包含摩擦力和伸缩梁千斤顶的作用力。可在不移架时及时支护顶板，当发生冒顶时，伸缩梁可伸出插入到冒顶处，有效防止更严重片帮冒顶。根据割煤高度5.4m，大采高综采液压支架的高度为5.7～5.8m较合理，考虑到局部煤厚6m的特点，确定大采高综采液压支架的最大高度6.2m。支架的工作阻力现在没有统一的公式和理论，根据以前的研究和实践，采用数值模拟方法和工程类比计算支护强度。

　　数值模拟：针对3号煤层的赋存条件，通过构建FLAC3D数值模拟模型，考虑10种方案，分别为P=0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3和1.4Mpa。通过分析这，确定顶板下沉位移与支架支护强度的关系，然后统计出不同支护强度下不同位置处的顶板最大下沉量，得到支护强度与顶板最大下沉位移关系图（见图2）。

　　由图可以得出，当支护强度小于1.1Mpa时，随支护强度的增大，顶板最大下沉量的减小比较明显。支护强度大于1.1Mpa小于1.3Mpa时，支护强度对最大下沉量的影响较小。当支护强度大于1.3Mpa时，最大下沉量趋于稳定。由此看出支护强度为1.1～1.3MPa是支架支护强度对顶板下沉影响的一个临界区间。所以，3号煤层大采高综采工作面支架的合理支护强度不能小于1.1MPa。

　　工程类比：赵庄煤矿与南阳煤矿煤层条件相似，赵庄煤矿支架型号为ZY8640/25.5/55，两柱掩护式，支护强度1.05～1.07MPa；初撑力6413kN。对赵庄煤矿1301大采高工作面矿压进观测，观测3条测线，位置分别为30、31、32号架；66、67、68号架；95、96、97号架。支架实测工作阻力和支护强度占额定工作阻力和支护强度的比值如表1所示，从表中可以看出，实测工作阻力和支护强度平均值只有额定值的80～90%，最大值超出额定值6～8%。因此，支架工作阻力和支护强度基本满足1301工作面的支护要求。根据与赵庄矿1301工作面支架工作类比分析可知，南阳煤矿首采大采高工作面支架支护强度不能小于1.07MPa（折合工作阻力9000kN）。

　　图2 支护强度与顶板最大下沉位移关系图

　　根据上述两种支护强度的选取结果，南阳煤矿3号煤层首采大采高综采工作面液压支架的支护强度确定为1.1 MPa。再根据配套尺寸、支架顶梁长度、空顶距算出支架工作阻力：

　　p = q·（ LK + LD）·B

　　式中： p—支架工作阻力，kN；

　　q—支架的支护强度，1.1 MPa；

　　LK—空顶距，0.5m；

　　LD—顶梁长度，4.5m；

　　B—支架宽度，1.75m。

　　代入值可以求得：p= 9600kN

　　根据上述计算结果，考虑一定的富裕系数，工作阻力为10000 kN。

　　综合支架最大支护高度、工作阻力要求、基本支架确定为ZY10000/28/62型两柱掩护式液压支架，过渡支架ZYG10000/28/62共5架，机头2架，机尾3架。

　　3.3.2 采煤机

　　根据煤层赋存条件及工作面参数以及生产能力的要求，采煤机必须具备的基本参数：（1）平均割煤高度5.4m；（2）最大割煤速度4.2m/min以上；（3）割煤功率1150kW。根据我国的矿井开采经验，为了实现工作面高产高效，选用国产MG750/1915-GED型采煤机。

　　4 结语

　　（1）大采高综采有回采率高、工作面产量大、采掘率低、生产安全等诸多优点，是厚煤层开采的发展方向。经可行性分析，南阳煤矿3号煤层适于大采高综采采煤方法。

　　（2）工作面长度185m，走向推进长度1800，割煤高度5.4m；采用“一进两回”的通风系统满足工作面通风要求。

　　（3）通过理论计算、数值模拟分析及工程类比，确定大采高综采支架的合理支护强度为1.1MPa，据此进行支架及工作面主要装备选型。

　　参考文献：

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　　[2]高近，贺海涛.厚煤层综采一次采全高技术在神东矿区的应用[J].煤炭学报，2010（11）.

　　[3]王国法.煤矿高效开采工作面成套装备技术创新与发展[J].煤炭科学技术，2010（1）.

　　[4]牛艳奇，陈树义，刘俊峰.大采高综采工作面片帮加剧机理分析及防治措施[J].煤炭科学技术，2010（7）.

　　[5]尹希文，闫少宏，安宇.大采高综采面煤壁片帮特征分析与应用[J].采矿与安全工程学报，2008（2）.

 

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