綜放工作面開采現場工業性試驗

張啟學

（山西焦煤集團有限責任公司官地煤礦，山西 太原 030022）

0 引言

目前，我國針對厚煤層或者特厚煤層的開采技術已經相對成熟并已經形成體系化。從理論上講，對于厚煤層而言采用大采高一次全采工藝顯然是不現實的；同時，當厚煤層采用分層開采工藝時存在采掘比大、成本高、巷道維護工作量大且費用高等問題[1]。但是，綜放開采工藝具有效率高、安全性高等優勢，尤其是采掘比小對于提高煤炭回收率具有重要意義[2]。本文將結合實踐生產對綜放開采工藝在厚煤層工作面的開采技術展開工業性試驗研究。

1 工程概況

4113 工作面煤層的平均厚度為10 m，工作面的傾角范圍為3°～9°，其工作面整體上無斷裂的構造且地質結構相對簡單。目前，4113 工作面已經完成掘進任務，且在掘進過程中巷道支護效果較好，無變形。掘進后4113 工作面的走向長度為180 m。本章將結合4113 工作面的實際情況對其是否適合采用綜放采煤工藝進行論證。具體如下：

1）4113 工作面煤層的平均厚度為10 m，屬于厚及特厚煤層；從煤層厚度層面分析，符合《煤礦安全規程》中所規定的放頂開采要求。同時，10 m 厚的煤層有利于工作面頂煤的冒放。

2）從煤層硬度層面分析：當煤層硬度系數小于1時，對應的可放性非常好；當煤層硬度系數居于1～2之間時，對應的可放性相對較好；當煤層硬度系數大于2 時，對應的可放性較差。經測試，4113 工作面煤層的硬度系數居于1～2 之間，屬于中硬煤層，對應的具有較好的可放性。

3）從煤層含矸層面分析：當煤層中所含的矸石的硬度較大時，將會嚴重影響頂煤的放出。4113 工作面煤層所含的矸石的成分為炭質泥巖和泥巖，其對頂煤的冒放性影響較小。

4）從煤層頂板地質條件分析：4113 工作面直徑頂板相對軟弱屬于不穩定頂板，其基本頂相對較硬屬于穩定型頂板?？偟膩碇v，4113 工作面的頂板容易冒落。

綜上所述，在4113 工作面采用綜放采煤工藝是可行的。本文將重點對綜放開采工藝參數進行確定，并對其現場應用效果進行驗證。

2 綜放開采工藝參數的確定

對于綜放開采工藝而言，為其確定合理的開采厚度對于保證最終的開采效果具有重要意義。本章將基于數值模擬手段對不同開采厚度的安全性進行分析，初步確定開采厚度的范圍[3]；然后結合4113 工作面的現場情況具體確定其他開采參數。

2.1 開采厚度的初步確定

根據4113 工作面的地質條件，建立數值模擬仿真模型，并對其邊界條件和初始模型進行固定。分別對開采厚度為6、8、10 m 三種情況下工作面圍巖的移動規律和巖體的滲流規律進行對比，初步確定適用于4113 工作面的開采厚度參數。

2.2 數值模擬模型的搭建

結合4113 工作面的實際情況，基于FLAC3D 軟件構建長度為1 000 m，高度為235 m 的數值計算模型，并將模型劃分為2 m×2 m 的計算網格。所構建的數值模擬模型，如圖1 所示。

圖1 4113 工作面數值模擬計算模型

根據4113 工作面各巖層、煤層的力學參數在圖1中的模型進行設置。

2.3 開采厚度對工作面圍巖移動和滲流規律的影響

基于上述所構建的數值模擬仿真模型，分別對開采厚度為6、8、10 m 時工作面圍巖的移動規律和巖體滲流規律進行對比，并得出如下結論：

1）當開采厚度為6 m 時，4113 工作面圍巖的塑形變形的最大高度為120 m，而且在工作面礫巖層區域出現了較為明顯的破斷裂隙；

2）當開采厚度為8 m 時，4113 工作面圍巖的塑形變形高度進一步增加，并延伸至礫巖層的上方，工作面僅在很小的范圍內出現了裂隙；

3）當開采厚度為10 m 時，其圍巖變形規律與開采厚度為6 m 和8 m 的相似，不同的4113 工作面的塑形變形區域已經不斷延伸至地表，并且隨著工作面的不斷推進，在工作面出現了大范圍的裂隙[4]。

綜上所述，應將4113 工作面綜放開采工藝中的開采厚度初步確定為8 m。

2.4 開采參數的確定

根據當前國內開采經驗和現有生產設備的能力，確定采煤機的截割深度為0.8 m。4113 工作面采用一采一放的工藝進行生產，根據采煤機的截割深度確定其放煤步距為0.8 m。

根據放煤開采工藝的特點，當工作面煤層厚度大于4 m 時，參照當前采煤機的能力，確定采高為3 m；并根據“2.1”中確定開采厚度不超過8 m，確定放煤高度為5 m，則對應的采放比為1.7。

3 綜放開采工藝的現場試驗

將上述所確定的綜放開采工藝參數應用于4113工作面的生產中，并對其生產能力進行試驗驗證。而且，上述從開采工藝應用與4113 工作面前后的生產能力對比，如表1 所示。

表1 綜放開采工藝實施前后生產能力對比

如表1 所示，4113 工作面應用綜放采煤工藝后，對于走向長度為180 m 的工作面而言，其推進長度較之前增加73 m，回采期較之前增加0.7 個月?？偟膩碇v，4113 工作面采用綜放開采工藝后，可回收的煤炭總量為2.47 Mt，與以往的煤炭回收量1.38 Mt 提升了1.09 Mt。

4 結語

目前，煤礦生產的自動化、智能化水平已經達到一定程度[5]。因此，當前為進一步提升綜采工作面的生產效率和安全性，需要結合工作面的實際情況選擇最佳的生產工藝。本文針對4113 工作面厚及特厚煤層采取綜放開采工藝進行開采，并對其開采工藝參數進行確定，最終對實踐應用效果進行分析。

1）綜合分析4113 工作面煤層硬度系數、頂板以及矸石等情況得出，該工作面適合采用綜放開采工藝進行生產。

2）通過對不同開采厚度下工作面圍巖移動規律和巖層滲流規律進行對比，建議將綜放開采工藝對應的開采厚度確定為8 m，并最終確定采高為3 m，放煤高度為5 m。

3）經對比分析可知，4113 工作面采用綜放采煤工藝后，工作面推擠長度增加73 m，回采期延長0.7 個月，煤炭回收率提升1.09 Mt。