大采高綜合機械化采煤工藝技術分析與探究

譚躍明

摘 要：對于大采高綜合機械化采煤工藝技術非常復雜且影響因素眾多，這就要求在選取工藝的時候根據煤層的實際情況和特點，合理地選擇相匹配的工藝，才能使大采高綜采發揮出最大的穩定性和高開采率。基于此本文首先分析了大采高綜采的基本特征與難點，然后對大采高采煤工藝的設備選型、煤柱優化、末采控制以及快速回撤這幾個方面進行研究，以供參考。

關鍵詞：大采高綜采；機械化；采煤工藝技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.075

0 引言

近年來，我國煤炭開采技術及裝備取得了重大進步，推動了煤礦安全、高效、綠色開采技術的發展，建成了一大批綜合機械化和高度自動化的現代化礦井，生產效率、安全指標和煤炭產量大幅度提高。

1 工程案例

某礦主要開采8-9#煤，煤層厚度平均為8.5m，采用低位放頂煤技術開采，初步擬定采煤機割煤高度為4.0m，放煤高度為4.5m，采放比為1：1.125，屬于大采高綜放開采。

2 綜放工作面開采設備選型

（1）液壓支架選型。液壓支架的合理選型是保障工作面安全生產的關鍵環節，而支架選型的重點就在于工作阻力的確定。對于綜放開采，液壓支架所承受載荷應為頂板冒落巖層質量和頂煤自重之和，再考慮一定動載系數。支架高度主要與采煤機的割煤高度，針對該礦實際地質條件，煤層厚度為8.5m，最大割煤高度為4.0m，最小割煤高度為3.2m，則經過公式計算可得支架最大高度為4.2m，最小高度為3.1m。

根據前面的計算結果，選定ZFY10200/25/42型掩護式支架，其具體支護參數如表1所示。

（2）采煤機選型。一般來講，采煤機滾筒直徑應為最大采高的0.55～0.6倍，由前面的分析可知，工作面最大割煤高度為4.0m，則采煤機滾筒直徑應為2.2～2.4m，考慮工作面靠近皮帶機一端需適當增大挖底量，因此，確定采煤機的滾筒直徑為2.5m。

采煤機的機面高度應與液壓支架最小高度存在一定余量空間，以適應煤層的起伏變化，其主要參數如表2所示。由表2可以看出，該型采煤機基本參數完全滿足礦井需求。

3 煤柱優化設計

（1）模型建立。以接替的13208工作面為背景，工作面留設煤柱尺寸為30m，工作面傾向長度325m。考慮8#、9#煤層綜采工作面交叉布置所導致的群采效應影響，在模擬數值計算中過程中分別在13208工作面上部布置12104和12105兩個綜采工作面。為驗證8#煤層回采工作面留設煤柱的合理寬度，在巷道布置和工作面長度不改變的情況下，分為三種計算方案：①回采工作面區段留設煤柱寬度30m；②回采工作面區段煤柱留設寬度25m；③回采工作面留設煤柱寬度20m。

（2）工作面留設煤柱合理寬度模擬分析。為了確定合理的工作面區段煤柱尺寸，以斜溝礦煤巖體地質力學參數為基礎，進行模擬計算，在巷道采掘過程中，采區開挖和頂板垮落回填，到巷道達到安全穩定。

在開采過程中，對回采工作面留設不同寬度煤柱的彈塑性變形進行模擬分析，可以得出：留設煤柱寬度為30m，回采工作面塑性區寬度4m，巷道側塑性區寬度3m，煤柱的彈性區為15.3m；留設煤柱寬度25m，采空區側塑性區寬度3m，巷道側塑性區寬度2.5m，煤柱的彈性區為10.5m；留設煤柱寬度20m，采空區側塑性區寬度2.9m，巷道側塑性區寬度3m，彈性區為9.5m，達不到煤柱安全承載標準。

（3）煤柱寬度的理論計算。為保證留設煤柱強度和剛度，應對煤柱所受的圍巖應力進行研究。采動后，回采工作面煤柱兩側會形成彈塑性變形區，煤柱中央處于彈性應力狀態。煤柱保持在合理的彈塑性變形范圍內，才能保證留設煤柱的安全穩定性。

實測8#煤層單軸抗壓強度為19.8MPa，當留設煤柱寬度為30m時，煤柱所承載的平均載荷低；當留設煤柱寬度為20m時，煤柱所承載的平均載荷高，大于煤柱的單軸抗壓強度，煤柱處于不穩定狀態，所以當留設的煤柱寬度為25m時較合理。

4 綜采工作面末采控制技術

（1）工作面礦壓監測工作應貫穿整個回采過程中，掌握工作面初次來壓及周期來壓規律，統計出周期來壓步距、峰值位置、來壓強度、來壓范圍等參數，并指導安全生產。（2）工作面回采至距貫通點50m位置，開始調整工作面兩巷進尺，隨時掌握工作面推進度，控制末采時礦壓顯現，保證工作面上網范圍內避開周期來壓。（3）距主回撤通道13～15m（依據周期來壓顯現情況確定），開始做末采準備工作，工作面兩頭進尺調整一致，并調整采高，確保工作面頂板平整，嚴禁出現臺階。（4）末采貫通，連頂網、清理浮煤，當工作面輸送機推進到主回撤通道，支架前梁和主回撤通道W鋼帶搭接，末采結束。（5）工作面進行設備回撤。

5 回撤方案優化

為提高工作面回撤效率，決定取消工作面主回微通道，在工作面中部垂直施工一條輔助回撤通道并與采區運輸大巷直接貫通。

（1）當工作面回采同樣逐漸降低采高，回采距貫通點50m時工作面回采高度控制在4.0m內，同時在支架前探梁前方0.3m處頂板鋪設金屬網及一排錨索鋼梁，鋼梁長度為3.5m，每根鋼梁采用兩根長度為5.3m錨索進行起吊，鋼梁平行工作面布置。隨著工作面逐漸推移，每推進3m施工一排錨索鋼梁并鋪網。（2）當工作面推進距主回撤通道13～15m停止移架，采煤機繼續割煤至停果線，此時工作面空頂距為1.0m，在空頂處及時施工一排錨索鋼梁。（3）工作面支架到位后，在工作面中間位置沿煤柱施工一條輔助回撤通道，輔助回撤通道長度為80m，到位后直接與采區軌道大巷貫通。

6 結束語

總之，我國的煤炭開采工作與西方國家相比還存在很多問題，因此，有必要加大對于采煤工藝的投入和研究，了解采煤工藝的適用條件，排除安全隱患，保障煤炭開采的高效和安全。

參考文獻：

[1]王偉.機械化采煤與煤礦生產安全分析[J].機械管理開發，2018，

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[2]姜立仁.綜合機械化采煤的影響因素探析[J].內蒙古煤炭經濟，2018

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