大傾角工作面綜采工藝的生產實踐

葉海濤

（山西省大同市同煤集團云岡礦， 山西 大同 037017）

煤炭開采受制于各方面的條件，包括有礦井所在地質、水文條件，煤層情況及煤炭種類等。近年來，隨著采煤技術及綜采設備自動化水平的不斷提升，我國的采煤效率得到了顯著提升。但是，針對大傾角煤層而言其綜采工藝依然是當前研究的問題。盡管大傾角（35°～55°）煤層在我國煤炭儲量僅占17%左右，但是我國西部地區的煤層50%以上均為大傾角煤層，而且我國煤炭開采重點已經向西部偏倚。其次，對于其他容易開采的煤層的儲量已經越來越少，為了保證社會對煤炭的需求，急需提升大傾角煤層的開采效率[1]。因此，當前急需解決大傾角煤層開采水平遠低于緩傾斜煤層開采水平的問題。本文針對大傾角煤層開展生產實踐的研究，為提升大傾角煤層的開采效率積累經驗。

1 工程概況

本文所研究的工作面為某礦31990，該工作面的標高為地下48～67 m，工作面下部為為開采實煤體。31990 工作面的走向長度為540 m，傾斜長度平均為80 m，面積為43200 m2，傾角為35°～42°，平均傾角為37°，煤層厚度為4.8 m，煤層的普氏硬度小于0.5，預估計工業儲量為296525 萬t，實際可開采儲量為275768 萬t。

煤層頂板（偽頂、直接頂、老頂）：描述煤層頂板巖石性質、層理、節理、厚度、強度（硬度）、頂板分類等情況及其變化情況。煤層頂底板巖層情況如表1所示。

最大涌水量30 m3/h，正常涌水量為0～8 m3/h。瓦斯絕對涌出量為0.429 m3/min，瓦斯相對涌出量為2.65 m3/min，屬于瓦斯礦井。煤塵爆炸指數：15.33%、煤塵具有爆炸性，自燃傾向性等級：Ⅱ級，易自燃。

表1 31990 工作面煤層頂底板巖層情況表

2 采煤工藝的選擇

綜合分析現有采煤技術及煤層情況，可采用的采煤工藝包括有綜合機械化放頂采煤工藝和炮采放頂煤工藝。經可知有如下情況禁止采用炮采放頂工藝：

1）煤層厚度小于4 m。

2）工作面回采率達不到相關標準規范要求。

3）礦井屬于瓦斯礦。

4）礦井工作面水文情況相對復雜，開采后可能存在透水事故隱患[2]。

經研究，該礦31990 工作面的瓦斯絕對涌出量為0.429 m3/min，瓦斯相對涌出量為2.65 m3/min，屬于瓦斯礦井。因此，31990 工作面不適宜采用炮采放頂煤工藝。此外，綜采工藝下的產出比遠高于炮采工藝。從支護方面而言，采用綜采工藝可確保液壓支架和煤層頂板底板的接觸面積大，從而提升了支護的安全性[3]。

總之，從技術、經濟效益以及安全性方面對比分析后，31990 工作面采用綜合機械化放頂采煤工藝，本文對綜采工藝在31990 的實踐應用進行研究。

3 大傾角工作面的生產實踐

3.1 巷道布置

該礦31990 工作面的大傾角煤層部分采用U型鋼支護方式，其余緩傾斜煤層采用工字鋼梯形支護方式。其中，U 型鋼支護方式下的斷面積為10 m2；工字鋼梯形支護方式下的斷面積為7.3 m2。

3.2 綜采工作面參數設計

31990工作面沿傾向布置，且采煤機的推進沿走向推進，即采用走向長壁采煤法。大傾角煤層工作面長度為80 m。

根據當前采煤機的牽引速度為3 m/min，采煤機的實際開機率為0.32。由于采煤機每刀的循環進度為0.6 m，每天采煤機滾筒循環4 刀，即采煤機每天的循環進度為2.4 m，也就是說采煤機每天在工作面推進的長度為2.4 m。則，采煤機每月的推進長度為72 m。

3.3 綜采設備的選型

已知31990 煤層工作面的各種條件及所設計的采煤工藝對該工作面的綜采設備及其工作方式進行選型設計。

3.3.1 采煤機的選型

鑒于該工作面的煤層相對穩定，故采用采煤雙向割煤的方式對煤層進行截割，且采用斜切進刀的方式[4]。31990 采煤機進刀過程如圖1 所示。

圖1 31990 采煤機進刀方式

綜合分析，所選采煤機的型號為MG160/374-WD 電牽引雙滾筒采煤機。基于該采煤機的回采流程如下：割煤—移液壓支架—推前部運輸機—放頂煤—移后部刮板運輸機。值得注意的是，液壓支架的移架步距為600 mm，移后部刮板輸送機時應滯后采煤機10m以上。

3.3.2 刮板輸送機的選型

根據刮板輸送機的關鍵選型原則，其運量為采煤機割煤量的1.2 倍，而且中雙鏈刮板輸送機的應用效果最佳。因此，31990 工作面所采用的刮板輸送機的型號為SGZ630/264 可彎曲刮板輸送機。該刮板輸送機的運輸能力為450 t/h，長度為150 m。

3.3.3 液壓支架的選型

液壓支架作為工作面支護設備，其直接決定綜采工作面生產的安全性[5]。鑒于31990 工作面頂板的來壓周期不明顯，且具有較大的剪切阻力和移位現象。綜合考慮，31990 工作面所采用的液壓支架類型為支撐掩護式放頂煤支架。根據式（1）計算液壓支架的工作阻力：

式中：F 為工作阻力；P 為頂板壓力（支架寬度1.3 m與控頂距4.2m的乘積）；S 為支護面積；M 為工作面采高，M＝2 m；R 為工作面頂板巖重，R＝25 kN/m3；K為安全系數，K＝1.3。

經計算，液壓支架的工作阻力為1419.6～2839.2 kN。因此，31990 工作面煤層所選用的壓液壓支架型號ZF3200/16/26，該液壓支架可承受的工作阻力為3200 kN。

4 結語

大傾角煤層作為我國未來煤炭開采的方向，通過優化其綜采工藝，進而達到提升其采煤效率和安全性的目的是刻不容緩的。對于大傾角煤層而言，目前應用可靠性較高的采煤工藝為綜合機械化放頂采煤工藝，實際生產中需根據礦井水文、地質情況以及煤層情況設計相應的采煤工藝并對其綜采設備進行選型，已達到相互配套，進而極大提升采煤效率和安全性的目的。