大采高工作面產(chǎn)量再提高的綜采技術(shù)研究

楊凱波

(山西煤炭運銷集團沁水鑫基煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400)

引 言

隨著煤炭勘探技術(shù)的不斷進步，越來越多的煤礦在厚煤層開采時，開始采用大采高綜采技術(shù)，目前隨著大采高綜采技術(shù)的不斷成熟應(yīng)用，井下工作面的單產(chǎn)在達到900萬t左右以后，長久以來再沒有獲得過突破性的提升[1]。作為我國國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)及市場競爭的不斷加劇，如何進一步提升煤炭的綜采效率便成了關(guān)乎煤炭生產(chǎn)企業(yè)生死的核心。本文在長期對井下大采高綜采技術(shù)進行研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗和理論分析，提出了新的能大幅提升井下大采高綜采效率的方法，對提升煤炭生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益具有較大的意義。

1 大采高綜采工作面礦壓的顯現(xiàn)規(guī)律

煤礦井下綜采工作面的采高增加后，其上層巖壁的移運規(guī)律一定會發(fā)生改變，本文以某礦為研究對象，其在不同的綜采高度下，巷道頂板的冒落高度的分析結(jié)果如圖1所示[2]。

圖1 不同采高下頂板冒落高度變化曲線

由分析結(jié)果可知，隨著綜采高度的不斷增加，其頂板的冒落高度不斷加大，使巷道頂板的最初的開裂帶的下方出現(xiàn)垮落，轉(zhuǎn)化為垮落帶巖層，同時原有的開裂帶進一步上移擴大，增大了頂板的活動范圍。

該礦在采高為4.5 m和6.2 m時的承載壓力隨著工作面的推進變化曲線如圖2所示，由實測結(jié)果可知，隨著綜采高度的增加，其工作面的超前支撐的壓力的峰值和影響范圍不斷加大。

圖2 不同采高情況下的壓力變化曲線

經(jīng)分析，在淺埋的大采高綜采工作面上，其巷道頂板上的礦壓分布同樣顯著，并且當在綜采作業(yè)的來壓期間，巷道頂板處會產(chǎn)生顯著的下降斷裂現(xiàn)象。不管是深度大的綜采工作面還是淺埋的綜采工作面，礦壓的顯現(xiàn)和煤層的厚度、巖層特性及綜采面長度有關(guān)。

2 大采高綜采面煤壁片幫冒頂控制技術(shù)

煤礦井下大采高綜采工作面的煤壁片幫極易導致巷道頂板的礦壓條件惡化、支護失穩(wěn)，給綜采作業(yè)區(qū)的工作人員的生命安全造成極大威脅。大采高綜采面片幫發(fā)生的原因主要是煤層在綜采擾動和頂板礦壓作用下，煤層首先在距離最大采高處約1/3的位置發(fā)生受力破裂，最終發(fā)生煤壁片幫。煤壁發(fā)生片幫時的受力如第133頁圖3所示。

圖3 煤層受力結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)對煤層發(fā)生片幫的原理進行分析，通過合理的設(shè)置液壓支架的支護結(jié)構(gòu)參數(shù)、合理制定回采工藝能夠有效避免煤壁片幫現(xiàn)象的發(fā)生。

3 大采高綜采效率影響因素分析

煤礦井下綜采面的產(chǎn)量與采高、巷道長度等的關(guān)系可表示為式(1)[3]：

Qd=LBγnKM

(1)

式中：Qd為煤礦井下大采高工作面的日產(chǎn)量；L為大采高工作面的長度；B為采煤機的截割作業(yè)時的截割深度；γ為煤層的容重；n為綜采作業(yè)時的日進刀數(shù)；K為綜采工作面的出采率；M為大采高工作面的平均高度。

由分析結(jié)果可知，要提高大采高工作面的日產(chǎn)量，一方面需要增加工作面長度，另一方面要增加綜采作業(yè)的速度。由于綜采作業(yè)面的長度主要是由刮板輸送機的長度決定的，而目前刮板輸送機最大的長度約為400 m，再進一步增加刮板輸送機的長度技術(shù)難度比較突出，并且采煤機截割機構(gòu)截割速度目前非常高，在采煤機技術(shù)未進一步取得突破的情況下進一步增加綜采作業(yè)速度，會導致振動、沖擊增加，嚴重損害采煤機的使用壽命并給煤礦綜采作業(yè)帶來極大的安全隱患。因此本文提出了對拉工作面大采高綜采工藝以及雙采煤機雙向綜采工藝技術(shù)。

4 對拉工作面綜采技術(shù)

對拉工作面綜采技術(shù)的本質(zhì)是將3組回采巷道，設(shè)置成兩組綜采工作區(qū)域，運輸巷道位于兩個綜采巷道之間，實現(xiàn)對運輸巷道的共用，在進行綜采作業(yè)時，兩組工作面以相同的綜采作業(yè)速度進行綜采，確保兩組設(shè)備始終保持一定量的距離，該方案能夠大幅提升對煤炭的出采率，降低在綜采過程中的煤柱損失，其對拉工作面的布置結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 大采高工作面對拉綜采裝置布置結(jié)構(gòu)

由分析可知，對拉工作面綜采技術(shù)比較適合于斜度較小且礦壓穩(wěn)定性較好的二級以上的厚煤層的開采，且其巷道的煤炭物料轉(zhuǎn)運能力必須能滿足兩個綜采面同時綜采作業(yè)的物料運輸要求。采用對拉工作面綜采技術(shù)后，假如某綜采面的采高為6.5 m，采煤機截割深度為0.7 mm，煤炭的容重為12.45 kN/m3，年綜采作業(yè)時間為330 d，日進刀數(shù)為15刀工作面的出采率為96%，工作面的長度為300 m，則年產(chǎn)能約為1 615.13萬t。

5 雙采煤機雙向綜采技術(shù)

在煤礦井下綜采作業(yè)中，隨著綜采作業(yè)的深入，需不斷的進行液壓支架的移架、刮板輸送機的移動以及三角煤截割等，其時間消耗了整個煤礦井下綜采作業(yè)時間的35%左右[4]，因此為降低非有效綜采作業(yè)時間的消耗，提高單位時間內(nèi)的實際綜采作業(yè)效率，可采用雙采煤機雙向綜采作業(yè)技術(shù)，即在巷道內(nèi)布置兩臺采煤機，其布置方式及工藝流程如第134頁圖5所示。

如圖5所示，在進行截割作業(yè)時，采煤機M1首先清理巷道內(nèi)的浮煤然后進行拉架、推移刮板輸送機并進行反向割煤，其次采煤機M2則進行割煤、拉架、反向清理浮煤并推移刮板輸送機。經(jīng)統(tǒng)計在相同綜采作業(yè)條件下，采用雙采煤機雙向綜采工藝技術(shù)的綜采效率比現(xiàn)有技術(shù)方式可提升65%以上。

6 結(jié)論

本文通過對現(xiàn)有大采高綜采技術(shù)缺點的分析，對大采高工作面的地質(zhì)條件進行了研究，針對其特殊地質(zhì)條件提出了對拉工作面大采高綜采工藝以及雙采煤機雙向綜采工藝技術(shù)，并對其應(yīng)用原理進行了分析，結(jié)果表明：

圖5 雙采煤機雙向綜采工藝流程

1) 大采高工作面上礦壓的顯現(xiàn)和煤層的厚度、巖層特性及綜采面長度有關(guān)，因此在進行大采高綜采技術(shù)選擇時需充分了解礦區(qū)的地質(zhì)條件。

2) 通過合理的設(shè)置液壓支架的支護結(jié)構(gòu)參數(shù)、合理制定回采工藝能夠有效的避免煤壁片幫現(xiàn)象的發(fā)生。

3) 采用對拉工作面大采高綜采工藝以及雙采煤機雙向綜采工藝技術(shù)能夠大幅提升大采高工作面的綜采效率。