關于厚煤層不同回采工藝的對比分析研究

馮 杰

（同煤集團永定莊煤業公司機掘三隊， 山西 大同 037024）

引言

某礦區擁有非常豐富的煤炭資源并且擁有簡單的煤層賦存結構，經過大量的前期勘測后，發現該區域平均的煤層可采厚度達到了11.36 m。當前階段該煤礦已經開始生產，且整個生產過程實現了機械化，通過分層綜合機械化工藝進行采煤。現在使用的采煤工藝雖然具備一定的經濟效益，但在實踐中存在部分問題，最顯著的缺陷在于巷道開拓準備工作量非常大，且對巷道的維護存在較大困難，需要花費很多人力、物力和財力。這些不足之處限制了煤礦開采效率以及企業經濟效益的提升[1-2]。基于此，有必要對煤礦開采工藝進行重新設計研究，進一步提升開采效率和經濟效益，保證煤礦企業的可持續發展。本文在充分考慮煤礦實際情況的基礎上，對比研究了不同回采工藝對采煤效率的影響，以期得到最佳的回采工藝。

1 工作面位置及其長度的確定

1.1 工作面位置的選擇

考慮到煤礦已經在正式開采，結合煤礦后期的發展計劃和部署，在煤礦內選擇一塊區域開展相關的試驗工作，實現工作面回采工藝的優化，提升回采效率，為煤礦企業創造更大的經濟效益。所選擇的區域平均煤層的厚度達到了11.36 m，屬于厚煤層，煤層傾角在7°～12°范圍內。

1.2 工作面長度的確定

因為煤礦首次開展綜放試驗工作，所以擁有相對較好的自然冒放性，自然發火期也非常短。所以在工作面推進過程中可以在一定程度上提升推進的速度。同時還需要采取措施對頂煤進行弱化處理，可以采取的措施主要包括煤層注水以及頂煤欲裂等。綜合考慮多方面因素，最終選擇工作面傾斜方向的長度為150 m。

煤礦當前階段采用的是三班倒方式進行生產，即有三班人員，每班人員工作8 h，實現24 h連續生產。總共安裝了94臺液壓支架，其中有6臺液壓支架屬于過渡支架，每2臺液壓支架之間的間隔為1.5m。根據相關實踐經驗，每臺液壓支架放煤時間大約為2.5 min。其中可以不用計算過渡液壓支架的時間。那么完成1個循環需要的放煤時間是225 min。若將2個放煤口同時工作，那么完成一個循環需要的放煤時間就會減半，為112.5 min。在只有1個放煤口工作的情況下，1個班組可以實現2個循環。那么1個工作日3個班組就可以實現6個循環。當前階段煤礦使用的采煤機滾筒截深為0.865 m，實際有效截深按照0.8 m進行計算。每個工作日可以推進的距離是0.8×6=4.8 m，每年實際有效工作時間按照330 d進行計算，那么每年可以推進的距離是4.8×330=1 584 m。按照這樣的采煤速度，預計每年產量可以達到300萬t左右。需要說明的是，每臺液壓支架的放煤時間通過強化日常管理還有進一步縮小的空間。通過在實踐中不斷總結工作經驗，能夠在一定程度上提升日循環數量，使得煤礦的年產量得到進一步提升。

2 割煤高度和放煤高度的確定

放頂煤高度和采煤機破煤高度兩者之和稱為采煤高度，采煤機破煤高度與放頂煤高度之比稱為采放比[3-4]。按照我國煤礦安全相關規章制度，如果煤礦的采放比超過了1∶3，就不得通過放頂煤開采模式進行回采。采用放頂煤開采模式時，煤炭的采出量可以由兩部分構成，第一為頂煤放出的煤量，第二為采煤機的實際采煤量。煤層高度一定，采煤機采高越大，那么對應的放煤高度就降低。此時對頂煤冒放性更加有利，可以顯著提升頂煤回收率。縮短放煤作業時間，進而縮短采煤機作業時間，使得整體采煤工作效率顯著提升，加大整體的產量。但是礦山壓力會隨著采煤機采煤高度提升而顯著增加，這對液壓支架的性能提出了更加嚴格的要求。

在考慮我國煤礦安全相關規章制度的基礎上，結合本煤礦實際情況來確定采煤機破煤高度和放頂煤高度。

2.1 割煤高度

在確定割煤高度時，需要考慮多方面的因素，主要包括以下幾點[5-6]：

1）破煤速度和截割高度應該相互匹配，使采煤機性能得到最大程度發揮；

2）確保工作面通風達到相關規章制度的要求，保證井下工作人員的安全；

3）回采工作面工作空間應該滿足實際作業需要。結合當前我國采煤工藝技術情況，綜放工作面采煤機的截割高度通常在2.5～3.6 m范圍內，在充分考慮煤礦煤層地質條件以及當前階段生產實際需要的基礎上，將工作面采煤機割煤高度確定為3 m。

2.2 放煤高度

將整個煤層厚度去除工作面采煤機截割高度后，剩下的就是放煤高度。前文已述，煤礦的平均煤層厚度為11.36 m。因此，放煤高度值為11.36-3=8.36 m。

3 放煤步距對頂煤回收率的影響研究

相隔放煤循環之間整個工作面往前推進的長度被稱為放煤步距。為了保證采煤工藝的匹配性，在確定放煤步距時，按照采煤機滾筒實際有效截割深度的整數倍取值[7]。在實際應用中采煤步距有很多種模式，其中最為常見的主要有三種模式，分別為采一放一、采二放一、采三放一。煤礦使用的采煤機滾筒有效截割深度為0.8 m，對應上述三種模式，放煤步距分別為0.8 m、1.6 m、2.4 m。通過專業的數值模擬軟件，對以上三種模式分別進行模擬分析，對比不同模式對頂煤回收率的影響，以確定最佳的放煤步距。

3.1 不同放煤步距下的頂煤回收率

3.1.1 放煤步距為0.8 m時

按照前文設置的采煤機截割高度3 m，放煤高度8.36 m。當放煤步距為0.8 m時，經過16個循環的放頂煤后，理論計算得到的出煤量應該為20 526 t，經過數值軟件模擬得到的實際放煤量為17 745 t，計算得到的回收率為86.45%。

3.1.2 放煤步距為1.6m時

將放煤步距設置為1.6 m時，經過16個循環的放頂煤后，理論計算得到的出煤量應該為20 696 t，經過數值軟件模擬得到的實際放煤量為16 986 t，計算得到的回收率為82.07%。

3.1.3 放煤步距為2.4m時

將放煤步距設置為2.4 m時，經過15個循環的放頂煤后，理論計算得到的出煤量應該為20 497 t，經過數值軟件模擬得到的實際放煤量為15 988 t，計算得到回收率為78.01%。

3.2 最佳放煤步距的確定

對不同放煤步距對應的頂煤回收率進行統計分析，0.8 m、1.6 m和2.4 m時對應的頂煤回收率分別為86.45%、82.07%和78.01%。從以上數據中可以明顯看出，將放煤步距設置為0.8 m得到的頂煤回收率最高。因此，將煤礦的放煤步距設置為0.8 m。

4 放煤方式對頂煤回收率的影響研究

煤礦井下綜采工作面，放煤口啟動數量、啟動順序、每個口的放煤量都會對煤礦開采效率產生影響。放煤方式指的就是上述相關參數的組合。當有多個放煤口時，不同放煤口的啟動順序可分為兩種，即間隔、順序放煤。根據放煤次數不同又有單輪、兩輪、多輪放煤之分。在充分借鑒其他煤礦放煤方式的基礎上，結合煤礦實際情況。將上述兩種放煤分類方法進行組合，適用于本煤礦的主要有三種放煤方式。下面分別對這三種放煤方式進行對比分析。

4.1 不同放煤方式下的頂煤回收率

4.1.1 單輪間隔放煤

在采煤時，首先將編號為單號的液壓支架放煤口進行開啟放煤，待到有巖石流出時，將相關的放煤口進行關閉。然后將液壓支架往前推進一定距離，再次將編號為雙號的液壓支架放煤口進行開啟放煤。這種放煤方式得到的頂煤回收率為83.22%。

4.1.2 單輪順序放煤

按照先后順序依次將液壓支架的放煤口打開進行放煤，待到有巖石流出時將放煤口進行關閉，整個放煤過程結束。這種放煤方式得到的頂煤回收率為78.13%。

4.1.3 多輪順序放煤

首先將編號為單數的液壓支架放煤口開啟進行放煤，當頂煤流出一半左右時將放煤口關閉。然后再將編號為雙數的液壓支架放煤口開啟進行放煤。按照這樣的模式重復兩次左右就可以把頂煤放完。這種放煤方式得到的頂煤回收率為85.54%。

4.2 最佳放煤方式的確定

對上述三種放煤方式的頂煤回收率進行統計分析，結果分別為83.22%、78.13%、85.54%。可以看出，在工作面采煤機截割高度為3 m、放煤高度為8.36 m時，利用多輪順序放煤方式時具有最高的頂煤回收率。因此，在實踐中可以采用多輪順序放煤工藝。

5 結論

某煤礦當前階段采用的工作面回采工藝在實際應用中存在一定的問題，不利于采煤工作效率以及煤礦企業經濟效益的提升。本文在充分借鑒其他煤礦實踐經驗的基礎上，對煤礦的工作面回采工藝進行重新設計，將采煤機截割高度和放煤高度分別設置為3 m和8.36 m、將放煤步距設置為0.8 m，采用多輪順序放煤工藝時具有最大的頂煤回收率，顯著提升了工作面回采工作效率。