复合顶板托伪顶走向长壁采煤法

图1　煤层柱状图

　　伪顶松软，放炮后极易冒落，煤层松软但不易片帮，底板没有压陷现象，工作面支护采用DZ22型单体液压支柱，支护方式为三排五柱，走向排距1 m，倾斜柱距0.7 m，软帮切顶柱为密集管理，最大控顶距3.5 m，最小控顶距2.5 m，如图2所示。

1　托伪顶走向长壁采煤法
1.1　刀柱法留伪顶开采
　　二采区在回采缓、急倾斜中厚煤层时，一直采用“防冲击采煤法”和“刀切法”回采。上述两种采煤法都是伪顶与煤同时开采，煤质灰分达到43.1%，“刀柱法”回采率只达到60%，且产量低，安全无保障，通风困难。综采在二采区没有发挥作用，经常冒顶，煤质灰分高，增加成本，降低了效益，这种煤的销路也困难。

图2　工作面支护、剖面图

　　经过现场的多次堪查，决定采用刀柱法留伪顶开采。回采之初，从开切眼留2 m煤柱重新拱一条3 m宽上山，使用木柱支护顶板。在施工中发现放完炮后，伪顶暂时不垮落，待顶子打完，货出完再放第二遍炮时，由于木柱支护强度达不到要求，炮一崩就倒，伪顶马上垮落，即危险，进度又慢。当第一条上山拱透后，按循环进度1.2 m正式开帮回采，准备开8 m宽后再重新拱上山。但是，当开帮6 m宽时回收木柱就已相当困难，软帮伪顶垮落将木柱埋住。硬帮因打木顶子时间长，支护强度差也在不断冒落，到了难以生产的局面。采用单体柱支护管理顶板，打顶子速度既快又能达到支护强度。由于软帮伪顶极软，且随翻随来，极易将软帮顶子埋住，扒顶子非常危险和困难，因此，将软帮改为密集管理，即使伪顶垮落，矸石也不会窜入工作面埋顶子，同时又加强了工作面的支护密度，缩小了工作面的开帮进度等，伪顶顶板管理效果非常理想。
1.2　伪顶顶板安全系数的确定
　　顶板一次冒落高度H为

(1)

式中　M —采高，M=1.85 m
　　　K_P—岩石初始碎涨系数，K_P=1.3
　　顶板压力P为
　　　　P=H^.L^.a^.R^.c

式中　L—工作面长度，L=63 m
　　　a—工作面最大控顶距，a=3.5 m
　　　R—岩石容重，R=2 500 kg/m³
　　　c—动压系数，c=1.3
平均每根支柱承受的顶板压力P₁为

式中　Z—工作面支柱根数，Z=525
　　安全系数K为

式中　N—支柱的额定工作阻力，N=245 kN，计算得安全系数K=2.96，可见该种支护方式是安全可靠的。
1.3　托伪顶走向长壁采煤法
　　根据顶板压力的计算结果和对顶板结构的分析，工作面沿走向推进46 m时，老顶出现第一次来压，为了保证初次放顶的安全，第一条上山采30 m宽时，留5 m煤柱，跳面再重新拱上山，每30 m跳一次面，这样回采率达到75%，也保证安全，提高煤质。当沿走向回采3 m时，直接顶第一次来压，由于伪顶垮落及时，又基本将采空区充填满，只将工作面上部扑倒几根支柱，工作面没有受到冲击，也没有影响生产。掌握了顶板活动规律及来压时岩石对工作面冲击情况，又采取了加厚长顶帽和防矸石窜入措施，采到42 m时也没有跳面，老顶第一次来压并不十分明显，工作面经过初次放顶的考验，伪顶没有受到明显破坏，这就是托伪顶走向长壁采煤法。

2　托伪顶走向长壁采煤法的应用
　　该采煤法在桃山矿二采区应用两年多，经历数次周期来压，进行了近百个循环的矿压观测，没有推场子现象，埋顶子现象也相当少；而且在周期来压期间，工作面单体支柱的工作阻力和活柱下沉量没有较大变化。工作面支护采用三排五柱，软帮采用密集管理，目的是采空区垮落岩石不窜入工作面埋顶子以及保护工作面作业人员的安全，同时迫使采空区的伪顶形成一条垮落带，伪顶自然垮落。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，降低了老顶来压强度。老顶这一坚固的岩梁一端由煤壁支撑，另一端由垮落的岩石支撑，岩梁中部离层、破坏冲击下来，缓慢下沉并向两侧扩展。由于岩梁中部远离工作面采空区，还有伪顶和直接顶矸石缓冲，因此工作面周期来压并不强烈^［1～2］。

3　结论
　　应用该采煤法以来，获得了安全、高产、高效、回采率高、灰分低等效益。月产量由过去的4 000 t提高到目前的11 000 t，回采率由60%提高到92%(含下巷护巷煤柱)，煤质灰分由43%降到24.36%，吨煤成本由18.15元/t降为15.7元/t。总之，该采煤技术的经济效益和社会效益是十分可观的，具有广阔的推广前景。

作者简介：陈立军(1966-)，男，黑龙江七台河人，工程师，1989年毕业于黑龙江矿业学院采矿工程系，现在七台河矿业精煤集团有限责任公司桃山矿工作。

作者单位:七台河精煤集团公司 桃山煤矿，黑龙江 七台河 154600

参考文献：
［1］ 王庆康.采矿工艺学［M］.北京：煤炭工业出版社，1982.
［2］ 焦作矿业学院，阜新矿业学院.采煤概论［M］.北京：煤炭工业出版社，1991.