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(yùn)銷集團(tuán)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(jìn)步，越來越多的煤礦在厚煤層開采時(shí)，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(dá)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(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)及市場競爭的不斷加劇，如何進(jìn)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(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(yùn)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(shí)原有的開裂帶進(jìn)一步上移擴(kuò)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(shí)的承載壓力隨著工作面的推進(jìn)變化曲線如圖2所示，由實(shí)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(dāng)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(dǎo)致巷道頂板的礦壓條件惡化、支護(hù)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(shí)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(jìn)行分析，通過合理的設(shè)置液壓支架的支護(hù)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(jī)的截割作業(yè)時(shí)的截割深度；γ為煤層的容重；n為綜采作業(yè)時(shí)的日進(jìn)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(jī)的長度決定的，而目前刮板輸送機(jī)最大的長度約為400 m，再進(jìn)一步增加刮板輸送機(jī)的長度技術(shù)難度比較突出，并且采煤機(jī)截割機(jī)構(gòu)截割速度目前非常高，在采煤機(jī)技術(shù)未進(jìn)一步取得突破的情況下進(jìn)一步增加綜采作業(yè)速度，會導(dǎo)致振動、沖擊增加，嚴(yán)重?fù)p害采煤機(jī)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(jī)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(yùn)輸巷道位于兩個(gè)綜采巷道之間，實(shí)現(xiàn)對運(yùn)輸巷道的共用，在進(jìn)行綜采作業(yè)時(shí)，兩組工作面以相同的綜采作業(yè)速度進(jìn)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(yùn)能力必須能滿足兩個(gè)綜采面同時(shí)綜采作業(yè)的物料運(yùn)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(jī)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(shí)間為330 d，日進(jìn)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(jī)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(jìn)行液壓支架的移架、刮板輸送機(jī)的移動以及三角煤截割等，其時(shí)間消耗了整個(gè)煤礦井下綜采作業(yè)時(shí)間的35%左右[4]，因此為降低非有效綜采作業(yè)時(shí)間的消耗，提高單位時(shí)間內(nèi)的實(shí)際綜采作業(yè)效率，可采用雙采煤機(jī)雙向綜采作業(yè)技術(shù)，即在巷道內(nèi)布置兩臺采煤機(jī)，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(jìn)行截割作業(yè)時(shí)，采煤機(jī)M1首先清理巷道內(nèi)的浮煤然后進(jìn)行拉架、推移刮板輸送機(jī)并進(jìn)行反向割煤，其次采煤機(jī)M2則進(jìn)行割煤、拉架、反向清理浮煤并推移刮板輸送機(jī)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)在相同綜采作業(yè)條件下，采用雙采煤機(jī)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(diǎn)的分析，對大采高工作面的地質(zhì)條件進(jìn)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(jī)雙向綜采工藝技術(shù)，并對其應(yīng)用原理進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：

圖5 雙采煤機(jī)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(jìn)行大采高綜采技術(shù)選擇時(shí)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(hù)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(jī)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。