寺河矿6.0m大采高开采技术研究

秦小云(山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司寺河煤矿调度指挥部， 山西 晋城 048205)

1 前言

寺河矿6301工作面设计推进长度1 466m，切眼长度296m，所采的3#煤层厚度6.0m，倾角5°，工作面通风选用“三进两回”方式。工作面所在区域内地质构造简单，煤层开采时涌水主要来源于顶板岩裂隙水，水量预计为1～3m3/h。3#煤层顶底板岩性以砂质泥岩、粉砂岩以及粗砂岩为主，裂隙不发育。

由于工作面主采3#煤层厚度大，采用大采高技术研究有利于提高工作面回采率，增加矿井的经济效益。对于大采高工作面，只有选择合理的采放比及放煤步距才能减少资源的浪费，提高矿井收益。本文以寺河矿6301工作面为研究对象，通过选择工作面合理采高、放煤步距以及支护措施，提高工作面的回采率。

2 开采技术研究

大采高工作面通过设计合理的采高和放煤步距，才能够实现更高的回采率。根据6301工作面地质条件，采用PFC模拟工作面采高分别为2.0m、2.2m、2.4m以及放煤步距0.6m、0.8m、1.0m时工作面回采率，确定工作面最优的采放比，提高工作面回采效率[1-2]。

根据模拟结果可知，6301工作面采用不同的采高和放煤步距时，工作面采出率和含矸率见表1。

由表1可知，6301工作面不同采高和放煤布距时，工作面采出率有很大差别，综合分析工作面不同推进距离时，当工作面采用0.6m的放煤步距、2.2m的采高、3.8m的放煤高度时，工作面采出率最高。

表1 不同采高和放煤布局工作面采出率

3 大采高工作面顶板运动规律

3.1 模拟方案

采用UDEC模拟6.0m大采高6301工作面推进至不同距离时顶板运动规律，构架的模拟模型宽×高=200m×450m，模型上边界施加5.0MPa垂向应力，具体模型岩性参数见表2。

表2 工作面材料参数

3.2 模拟结果分析

1)基本顶运动规律

采用UDEC模拟6301工作面推进至不同距离基本顶运动规律，具体如图1所示。

图1 不同推进距离直接顶破断规律征

由图1可知，6301工作面回采后，随着采空区范围的增加，基本顶悬顶面积增大，当悬顶达到极限垮距时，受动压影响顶板失稳下沉。当工作面回采至40m后，基本顶初次断裂，工作面发生初次来压。随着工作面继续推进，基本顶周期破断，工作面顶板不断下沉，支架承受载荷增大[3-6]。

2)主关键层破断规律

当工作面推进至85m时，上覆岩层主关键层初次破断，当工作面推进至125m、165m时，分别是上覆岩层主关键层第一次和第二次周期性破断，具体如图2所示。

图2 不同推进距离主关键层破断规律

由图2可知，6301工作面上方关键层载荷是动态变化的，随着工作面推进距离的增加，受动压和上覆岩层的影响，关键层出现破断。因此，大采高工作面应当对支架进行合理选型，保证工作面安全回采。

4 支护技术研究

4.1 工作面支护

大采高工作面受上覆岩层的影响，工作面承受的超前支承压力相对于一般采高的工作面大，工作面煤壁控制和顶板管理将成为6.0m大采高工艺突破的重点。因此，需要对6301工作面加强支护，提高工作面的稳定性，保证工作的安全性和回采率。

6301工作面选用郑州机厂生产6.2m液压支架支护，支架的技术参数见表3。

表3 6301工作面液压支架参数

4.2 巷道支护

6301工作面生产布置采用“三进两回”方式，邻近工作面回采完毕后留两回巷为下区段工作面回采服务。保留的巷道受到动压影响显著，需采取必要的强化支护措施，以减小巷道围岩变形。

6301工作面两巷顶板受上覆岩层的压力较大，根据巷道顶板性质，采取加密支护方式进行强化支护，支护参数见表4。同时在锚杆间采用φ14mm的圆钢焊制的钢筋梯子钢进行支护。

表4 6301工作面回采巷支护参数

4.3 注浆加固

虽然巷道采取强化支护方式，围岩承载能力有所提升，但是在采动动压影响下巷道围岩裂隙发育，提出采用注浆方式加固围岩。注浆泵为ZBQS- 12/10，注浆加固参数见表5。

表5 注浆加固参数

5 支护效果检验

5.1 支架阻力监测

监测6301工作面20个支架阻力，端头支架最大工作阻力为6 000～8 000kN，工作面中部为8 000～10 000kN，少数支架超过或接近12 000kN。从支架压力的在线监测和井下实际观测表明，支架实际工作阻力远未达到额定的初撑力。

5.2 围岩变形监测

采用“十字布点”监测63015巷距工作面切眼200～300m和300～600m顶板和两帮围岩变形量，验证支护效果，测站布置位置见表6。

表6 围岩变形测站布置表

根据监测结果可知，在观测4个月的时间内，63015巷顶帮200～300m和300～600m累计围岩变形量分别为28mm、35mm。由此可知，巷道切顶卸压技术取得了良好的效果，有效减小了围岩变形量，减少了巷道维修的次数。

6 结论

(1)以6301工作面为研究对象，采用PFC分别模拟工作面采高分别为2.0m、2.2m、2.4m以及放煤步距0.6m、0.8m、1.0m时工作面回采率，根据模拟结果可知，工作面采用0.6m的放煤步距、2.2m的采高、3.8m的放煤高度时，工作面采出率最高。

(2)采用UDEC模拟工作面顶板运动规律，通过分析工作面推进至不同距离时，基本顶运动和关键层破断规律，得到大采高工作面受动压影响严重，需要加强支护强度，工作面采用6.2m液压支架支护，两巷采用800mm×800mm锚网索支护和注浆加固，提高工作面支护强度。通过监测支架阻力和巷道围岩变形量可知，支护取得了良好的效果，有效提高了工作面稳定性。