淺埋深易自燃特厚煤層綜放工作面長(zhǎng)度的優(yōu)化

任耀飛，宋作文

（潞安新疆伊犁煤化工有限公司 山鑫煤礦，新疆 伊犁 835300）

淺埋深易自燃特厚煤層綜放工作面長(zhǎng)度的優(yōu)化

任耀飛，宋作文

（潞安新疆伊犁煤化工有限公司 山鑫煤礦，新疆 伊犁 835300）

合理綜放工作面長(zhǎng)度的確定是礦井實(shí)現(xiàn)安全、高產(chǎn)、高效、高采出率的基礎(chǔ)，通過(guò)分析影響工作面長(zhǎng)度的地質(zhì)、技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)因素，并總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，對(duì)山鑫煤礦綜放工作面的長(zhǎng)度進(jìn)行了優(yōu)化。

綜放工作面；長(zhǎng)度；優(yōu)化

山鑫煤礦是2008年由潞安新疆煤化工（集團(tuán)）有限公司積極響應(yīng)新疆維吾爾自治區(qū)實(shí)施的煤炭?jī)?yōu)勢(shì)資源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)化而整合的生產(chǎn)礦井，礦井可采儲(chǔ)量4713萬(wàn)t，生產(chǎn)能力60萬(wàn)t/a，礦井服務(wù)年限56.1a。主采煤層M8煤層具有埋藏淺（埋藏深度62～89m）、易自燃（自然發(fā)火期小于3個(gè)月）、厚度大（平均厚度24m）、傾角小（小于4°）等特點(diǎn)，綜合礦井地質(zhì)條件、現(xiàn)有技術(shù)條件、以及要實(shí)現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，對(duì)礦井綜放工作面長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化。

1 地質(zhì)及條件

1.1 煤層賦存特征

表1 工作面煤（巖）層頂?shù)装逯饕闆r

山鑫煤礦主采煤層為M8煤層，為中下侏羅統(tǒng)水西溝群的西山窯組，煤厚19.20～31.45m，平均24.86 m，含夾矸0～1層，屬于穩(wěn)定煤層，傾角0°～4°。直接頂板為以粉砂巖和細(xì)砂巖為主，厚度一般在1.84～16.79m。老頂為細(xì)砂巖、中砂巖、含礫粗砂巖，厚度在9.50～20.28m，巖石強(qiáng)度低，泥質(zhì)膠結(jié)，遇水易崩解。煤層直接底板以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，厚度一般在1.08～16.10m。老底為粉砂巖、細(xì)砂巖和粗砂巖為主，厚度在7.15～19.85m。工作面煤（巖）層頂?shù)装逯饕闆r見表1，煤層綜合柱狀圖見圖1所示。

圖1 煤層綜合柱狀圖

礦區(qū)范圍內(nèi)地層有波狀起伏，煤層底板表現(xiàn)為中部略低，四周略高的盆地，未發(fā)現(xiàn)地層褶皺及斷層構(gòu)造，井田構(gòu)造復(fù)雜程度為簡(jiǎn)單類（一類）。瓦斯相對(duì)涌出量1.98m3/t、瓦斯絕對(duì)涌出量0.28m3/min，暫定為低瓦斯礦井。煤層煤塵具有爆炸性，且煤層屬于易自燃煤層，自燃發(fā)火期3個(gè)月。

1.2 開采條件及方法

擬采面18021工作面地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，局部底板出現(xiàn)起伏變化，直接充水含水層單位涌水量小于0.1 L/s·m，正常涌水量為 3328.61m3/d，最大涌水量3761.33m3/d。井田水文地質(zhì)條件劃分為二類一型，即以裂隙含水層為主、水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床。

山鑫煤礦擬對(duì)24m厚煤層進(jìn)行分層開采，首先開采上分層，即對(duì)上分層12m頂煤進(jìn)行綜放開采。擬采18021工作面，采用后退式地位放頂煤綜合機(jī)械化采煤法，工作面采高（3.0±0.1）m，放煤高度9m。

工作面“三機(jī)”設(shè)備見表2。

表2 綜放工作面設(shè)備

2 工作面長(zhǎng)度優(yōu)化

2.1 擬采18021工作面特征

18021綜放工作面，擬采用后退式低位放頂煤綜合機(jī)械化采煤法，頂板管理采用全部垮落。工作面采用雙巷布置方式，皮帶順槽用于進(jìn)風(fēng)、供電、供水、供液、運(yùn)煤，軌道順槽回風(fēng)及運(yùn)料。風(fēng)、運(yùn)兩巷均為全錨網(wǎng)支護(hù)，均為實(shí)體煤掘進(jìn)。

2.2 按地質(zhì)因素優(yōu)化

地質(zhì)因素主要有煤層厚度和強(qiáng)度、煤層傾角、斷層和大褶曲、夾矸及其厚度、頂?shù)装鍘r性、瓦斯涌出量、煤層自然發(fā)因素等。

煤層厚度和強(qiáng)度影響頂煤的冒放性、放煤速度和放煤工作量，由此影響正規(guī)循環(huán)作業(yè)。煤層過(guò)厚，需要多輪放煤，放煤速度慢，工作面不宜過(guò)長(zhǎng)。我國(guó)放頂煤實(shí)踐證明，煤厚大于10m的綜放面長(zhǎng)度在100m左右；煤厚6～8m時(shí)，工作面長(zhǎng)度一般為150～180m[2]。

煤層傾角是影響工作面長(zhǎng)度的重要因素。傾角愈大，設(shè)備穩(wěn)定性愈差，工作面不宜過(guò)長(zhǎng)。我國(guó)傾角30°以上的綜放面長(zhǎng)度一般為40～70m，緩斜煤層的綜放面長(zhǎng)度都在100m以上。

斷層、大褶曲等地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)放頂煤開采的影響相對(duì)較小，除落差大于煤厚的斷層需要縮短或加長(zhǎng)工作面外，一般均可平推硬過(guò)。

夾矸厚度對(duì)工作面長(zhǎng)度的影響，主要是對(duì)割煤和放煤速度的影響。若夾矸位于煤層下部，則影響采煤機(jī)截割，此時(shí)要小截深，慢牽引，工作面不宜過(guò)長(zhǎng)；若夾石層位于煤層中上部，其厚度又大，則影響放煤速度，且要處理大塊矸石，工作面也不宜過(guò)長(zhǎng)。

頂?shù)装鍘r性也有影響。堅(jiān)硬頂板因不能及時(shí)冒落，影響頂煤采出率，需要專門的預(yù)處理弱化。由于向頂板打深孔的限制，工作面不宜過(guò)長(zhǎng)。大同忻州窯礦的實(shí)踐認(rèn)為，兩條工藝巷時(shí)，一般不超過(guò)150～160m；一條工藝巷時(shí)不超過(guò)100m。對(duì)于頂?shù)装寰绍浀摹叭洝泵簩樱^(guò)長(zhǎng)的工作面容易造成中部架前漏冒、支架鉆底等影響正規(guī)循環(huán)，故近水平煤層一般為100m，傾角20°以上時(shí)，80m以下為宜[3]。

通常礦井瓦斯和煤的自燃發(fā)火是一對(duì)矛盾，就解決瓦斯而言，除加大瓦斯抽放力度外，增加風(fēng)量是降低風(fēng)流中瓦斯?jié)舛鹊挠行緩街唬痪徒鉀Q火而言，除采取必要的防滅火措施外，減少風(fēng)量（負(fù)壓），是防止煤層自燃的有效途徑之一。由此可見，對(duì)于開采易自燃易發(fā)火的煤層，在保證瓦斯?jié)舛炔怀薏⒎巷L(fēng)量、風(fēng)速、溫度的前提下，應(yīng)盡量降低風(fēng)量（負(fù)壓）。合理選擇采煤工作面傾斜長(zhǎng)度及合適的采煤方法，對(duì)解決開采過(guò)程中瓦斯超限和防止煤層自燃發(fā)火十分重要。所以在確定工作面長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)該充分考慮這一因素。

放頂煤工作面的長(zhǎng)度，主要根據(jù)工作面合理的日推進(jìn)度和日產(chǎn)量來(lái)確定。考慮到放頂煤工作面有自然發(fā)火因素，就必須保證工作面的最低日進(jìn)度，如果放頂煤工作面的長(zhǎng)度太大，工作面的推進(jìn)速度很慢，在采空區(qū)就容易產(chǎn)生自燃發(fā)火。目前放頂煤工作面長(zhǎng)度一般為80～180m左右。工作面長(zhǎng)度按下式計(jì)算[1]

式中，

L為工作面長(zhǎng)度，m；

Qr為工作面日產(chǎn)量，t；

S為工作面日推進(jìn)度，m；

H為煤層厚度，m；

γ 為煤體容重，t/m3；

C為工作面回采率，%。

按年產(chǎn)60萬(wàn)t產(chǎn)量計(jì)算，正常工作300 d，18031工作面日產(chǎn)量約為2000 t；考慮自然發(fā)火期短，要求工作面月推進(jìn)至少30～40m，日推進(jìn)S取1.2m計(jì)算；煤層厚度H取12m；煤體容重γ取1.35 t/m3；工作面回采率C取80%；代入式（1）有

工作面的日推進(jìn)度與煤層厚度和煤層自然發(fā)火期以及頂煤的穩(wěn)定性有關(guān)。當(dāng)煤層自然發(fā)火期短時(shí)，要求工作面保持較快的推進(jìn)速度；煤層厚度大，放煤時(shí)間長(zhǎng)，工作面的推進(jìn)速度較慢；當(dāng)工作面控頂區(qū)頂煤的穩(wěn)定性較差時(shí)，要求工作面保持較高的推進(jìn)速度，以利于工作面的頂板管理。

2.3 按技術(shù)因素優(yōu)化

技術(shù)因素主要有工作面輸送機(jī)的鋪設(shè)長(zhǎng)度和運(yùn)輸能力、生產(chǎn)管理水平、端頭頂煤損失率等。

目前國(guó)產(chǎn)刮板輸送機(jī)的鋪設(shè)長(zhǎng)度一般不超過(guò)300m，選擇工作面的合理長(zhǎng)度一般應(yīng)小于刮板輸送機(jī)的鋪設(shè)長(zhǎng)度。因此，對(duì)煤層厚度較小、采煤機(jī)割煤時(shí)間大于放頂煤時(shí)間的日產(chǎn)萬(wàn)噸綜放工作面，其長(zhǎng)度以180～200m為宜；對(duì)煤層厚度大、放煤時(shí)間長(zhǎng)的工作面，其長(zhǎng)度可減少為100～180m。

從生產(chǎn)管理來(lái)看，綜放面較普通綜采面多一部輸送機(jī)，多一道放煤工序，而這一工序的出煤量，占工作面總出煤量的一半以上，因此在管理上增加了一定難度，減少后部輸送機(jī)的運(yùn)行阻力等，是生產(chǎn)管理的重點(diǎn)，在某種意義上使工作面長(zhǎng)度受到限制。

工作面長(zhǎng)度對(duì)端頭頂煤損失率的影響是顯而易見的。從端頭架到中間架一般安設(shè)2～3架過(guò)渡架，過(guò)渡架目前基本不放煤或少放煤，因此每個(gè)工作面都有約6架左右的頂煤丟失，即端頭損失率為

式中，

dd、d分別為頂煤厚度、煤層厚度，分別取9m和12m；

Ld、L分別為端頭不放煤長(zhǎng)度、工作面長(zhǎng)度，分別取10m和60m、80m、100m、120m……；

n為放煤比率。

圖2為6架過(guò)渡架不放煤時(shí)工作面長(zhǎng)度與端頭頂煤損失率的關(guān)系。由圖2可知，若使端頭損失率降至6%以下，則工作面長(zhǎng)度大于125m。

圖2 工作面長(zhǎng)度與端頭損失的關(guān)系

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）綜放工作面長(zhǎng)度受地質(zhì)因素、技術(shù)因素共同決定。其中地質(zhì)因素是基礎(chǔ)，技術(shù)因素是手段。在地質(zhì)因素可能的條件下，運(yùn)用技術(shù)因素的手段，來(lái)達(dá)到經(jīng)濟(jì)因素的最佳目標(biāo)。

（2）經(jīng)過(guò)理論分析和計(jì)算，確定18021工作面合理長(zhǎng)度在130m左右。在確定工作面具體長(zhǎng)度時(shí)，可以按照支架寬度和支架個(gè)數(shù)進(jìn)行確定。

[1]黃慶國(guó)，李純寶.綜放工作面參數(shù)分析[J].山東煤炭科技，2009，(1)：79-82.

[2]靳文學(xué)，靳鐘銘.綜放合理工作面長(zhǎng)度分析[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，5（31）：508-510.

[3]伊茂森.神東礦區(qū)淺埋煤層大采高綜采工作面長(zhǎng)度的選擇[J].煤炭學(xué)報(bào)，2007，12（32）：1253-1257.

Length Optimizing of Fully Mechanized Caving Face in shallow,Spontaneously Inflammable and Specially Thick Coal Seam

REN Yao-fei，SONG Zuo-wen
(The Mine of Lu‘a(chǎn)n Coal Checimal Industry Co.,Ltd.，YiliXinjiang835300，China）

Reasonable length of fully mechanized caving face is the basis of safety,high production,high efficiency,high extraction rate of coal mine.By analysis of the geology,technique and economic factors,also summarizing the related research achievements at home and abroad,the length of fully mechanized caving face in shanxin mine is optimized.

fully mechanized caving face;length;optimization

TD214

B

1672-545X（2011）08-0211-03

2011-05-19

任耀飛（1980—），男，河南鎮(zhèn)平人，助理工程師，從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作。