大采高綜采工作面主要參數的選擇分析

崔聯兵

(山西省長治經坊煤業有限公司，山西長治047100）

我國煤炭資源儲量豐富，同時也作為我國的經濟支柱，在未來的很長一段時間內煤炭將依然是我國最重要的能源。隨著煤炭開采技術水平的提高以及對煤炭安全高效開采認識的提升，井下工作面布置長度以及推進長度也愈來愈大，煤炭開采效率也日益提高[1-2]。對于不同的礦井，煤層的地質賦存條件也不同，在進行設計工作面的布置長度和推進長度等參數時需要綜合考慮諸多因素。本文以某礦大采高工作面為背景，對工作面傾向長度以及推進長度等主要參數進行了設計分析，從而為該礦后續的生產提供基礎。

1 工程概況

該礦井2號煤層埋深較淺，厚度在4.81～7.63m之間，平均為6m；工作面沿走向方向布置，在開切眼方向煤層傾角最大為19°，走向方向煤層傾角在6°～15°之間。局部煤層有極薄的偽頂，厚度最大為0.11m，巖性為泥巖，有較強的吸水性；直接頂巖層以細粒砂巖為主，局部含有粉砂巖，表現為細粒砂巖和粉砂巖互層，有一定的穩定性，厚度較大，平均為8.45m；基本頂巖層以粗粒砂巖為主，完整性較低，穩定性較差，平均厚度達到了20m。煤層直接底主要是粉砂巖，遇水容易膨脹，平均厚度為11m。據地質勘探結果顯示，工作面開采過程中會遇到一些小型斷層等地質構造。本文以此地質條件為背景，分析確定了該煤層首采工作面的主要參數，從而為后續工作面的接替以及礦井的安全高效生產提供一定的依據。

2 首采面推進長度分析

工作面推進長度受煤層實際賦存情況以及采掘設備過煤量的影響較大，據不完全統計，一些先進設備的過煤量超過了10Mt。由于大多數工作面都是沿走向布置，故工作面的推進長度也為走向長度。確定工作面合理的推進長度有2個方面的原因：

（1）工作面搬家次數隨著推進長度的減小而增多，同時增加了搬家成本。

（2）當工作面推進長度較大時，工作面兩側回采巷道的維護成本增加，煤炭以及其他材料設備的運輸成本增大；同時對于自燃發火問題嚴重的煤體，過大的推進長度增大了煤炭自燃的可能性，不利于工作面的安全生產。

通常情況下，工作面合理的走向長度應該以回采期一年為宜。迄今為止，在美國礦井工作面布置的走向長度最大超過了5300m，我國大柳塔煤礦工作面布置的走向長度更是達到了6000m[3]。本文所研究礦井2號煤層的首采工作面煤層結構簡單，賦存穩定，但開采過程中容易遇到斷層等構造，故工作面的安全開采受斷層的影響較大，則判定首采工作面布置的走向長度最大為2000m。

3 首采面長度分析

布置合理的首采工作面長度同樣是保證礦井安全高效生產的重要前提。對于本礦井來說，首采工作面的長度也是傾向長度。在一定區域內加大工作面的傾向長度能夠減少準備工程量，提高煤炭采出率，減少端頭進刀等輔助作業時長，從而提高煤炭的開采效率；但是如果工作面傾向長度較大，則工作面開采過程中采空區范圍較大，圍巖可自由運移的空間大，頂板管理以及煤壁穩定性防治的難度提高，而且還會使得工作面推進速率降低，增大了煤炭自燃的可能性，反而不利于煤炭資源的采出率。

工作面的傾向長度受煤層地質賦存條件以及刮板輸送機長度的影響較為明顯。新型的刮板輸送機輸送能力達到了4000t/h，長度為400m，從而為延長工作面的傾向長度提供了一定的基礎。根據國內外諸多礦井工作面高產高效生產的經驗得到：工作面傾向長度一般為150～400m，例如[4]美國等發達國家傾向長度多數選擇在280～400m，而我國面長多選擇在180～350m，補連塔煤礦大采高綜采工作面布置的傾向長度為300m，對于大多數大采高工作面而言為超長工作面，榆家梁礦某工作面布置的傾向長度達到了408m。由此判斷本礦井2號煤層首采工作面的傾向長度小于400m從理論上是可行的。

2號煤層傾角在6°～15°之間，為傾斜煤層。如果工作面布置的傾向長度過大，則工作面上端頭和下端頭之間的高差較為明顯，刮板輸送機容易發生下竄，從而對2個端頭之間的聯系造成不利影響。另一方面，對于傾斜工作面，工作面走向長度過大，則會影響采煤機的割煤速率以及液壓支架支撐頂板穩定性的能力，引起更為復雜的礦壓現象，增大煤壁發生片幫失穩的可能性，增大工作面的安全管理難度。工作面傾向長度不同時對一些相關參數的影響如表1所示。

表1 工作面走向長度相關參數統計表

由表1可知，區段煤柱損失量隨著工作面走向長度的增加而減少，同時采煤機割煤速率也在減慢。工作面過慢的推進速率不利于采場煤壁片幫失穩的防治，而走向長度在400m以上時，割煤速率低于10m/s，煤壁容易發生片幫。另一方面，當走向長度小于250m/s時，割煤速率高于13.5m/s，很顯然割煤速率過快，幾乎是不可實現的。榆家梁礦某工作面布置的傾向長度達到了408m，為目前國內傾向長度最大的工作面，該礦井同時也對不同傾向長度的合理性進行過分析，結果顯示，礦井經濟效益隨著工作面面長的增加而增大，但當傾向長度超過360m時，效益提升水平一般。榆家梁礦該工作面采高為3.5m，傾角較小，最大僅為6°；而本礦井2號煤層首采工作面煤層厚度較大，最大達到了7.63m，煤層傾角也較大，最大為15°；則對比可以發現本次所研究的工作面地質賦存條件更為復雜，所布置的工作面傾向長度不應超過360m；故得到布置工作面傾向長度應在250～360m。據相關統計，在我國開采高度超過5m的大采高工作面的傾向長度一般在300m之下，此類工作面煤層傾角也不超過9°，故綜合考慮確定本礦井2號煤層首采工作面的傾向長度為300m。

4 結束語

確定工作面合理的走向長度和傾向長度是保證礦井安全高效生產的基礎。本文以某礦2號煤層首采工作面為據，通過對比論證以及統計分析等方法進行了研究，認為該工作面推進長度應不超過2000m，傾向長度應保持在250～360m之間，最終確定傾向長度為300m，相關統計結果和認證方法對于其它礦井工作面的布置提供一定的借鑒意義。

[1]郭保華，等.淺談我國大采高綜采技術[J].礦業安全與環保,2003,30(2).

[2]宋振騏.實用礦山壓力控制[M].徐州:中國礦業大學出版社,1988.

[3]王金華.我國大采高綜采技術與裝備的現狀與發展趨勢[J].煤礦科技技術,2006,34(1).

[4]張建華.清水營煤礦大傾角厚煤層大采高開采技術研究[D].西安科技大學工程碩士學位論文，2010.