綜采工作面回采工藝研究

閆進波

（山西潞安郭莊煤業有限責任公司， 山西 長治 046100）

大采高綜采工作面指的是割煤高度在3.5~5.0 m 的范圍之內綜合機械化采煤手段。近年來，隨著采煤工藝及綜采設備的不斷改進，當前一次性采高可達到7 m，且隨著采煤工藝的不斷優化一次性采高將會繼續更新。此外，一次性采高在很大程度上與煤層所處地質、水文條件及煤層傾角等相關[1]。隨著當今社會煤炭的需求量越來越大，對綜采工作面的產煤效率提出了更高的要求和挑戰。目前，可通過采用提升綜采設備的采煤能力并結合優化回采工藝的方式得到提升工作面采煤效率的目的。本文將著重探討可提升煤炭產量的回采工藝。

1 綜采工作面煤炭產量分析

經統計，我國近些年來典型大采高綜采工作面煤炭的最高年產量如圖1 所示。

圖1 綜采工作面最高產量統計

由圖1 可知，從1994 年開始我國綜采工作面的最高年產量僅為200 萬t，在2002 年以后工作面最高年產量達到1 000 萬t，之后每年最高年產量增幅不大，直至2012 年最高年產量可達到1 200 萬t[2]。

2 工作面綜采技術發展現狀研究

本節將從綜采工作面礦壓顯現規律、覆巖層結構特征以及煤壁片幫冒頂控制技術三個方面闡述當前綜采技術的發展現狀。

2.1 綜采工作面礦壓顯現規律

經研究表明，當綜采工作面一次性采高增大后其上覆巖層活動范圍及運動規律發生變化，而且隨著采高的增加其對應的冒落帶高度也呈直線上升。同時，原裂隙帶的下部巖層變為垮落帶巖層，導致工作面頂板的活動范圍增大。隨著一次性采高的增大，綜采工作面超前支撐壓力及其最大壓力均會明顯增加[3]。

此外，工作面隨著采高的增加對應的礦壓顯現明顯增加，而且當礦壓到來時工作面頂板有明顯的下沉跡象。總之，綜采工作面的礦壓顯現規律與采高、煤層埋藏深度、巖層特點以及工作面的長度相關。

2.2 綜采工作面覆巖層結構特征研究

綜采工作面隨著采高的增加，工作面上的巖層在橫向、縱向的活動頻率明顯增加。在普通采高條件下綜采工作面的基本頂巖層轉化為直接頂，且基本頂巖層的結構還很穩定。總之，隨著綜采工作面采高的增加，原工作面直接頂冒落的矸石不能夠直接填充滿采空區，導致煤層上方的巖層不穩定。加之，液壓支架的前移不能及時垮落，且在頂板冒落前很難觸碰到煤矸石，導致綜采工作面的頂板巖層的結構形式為倒梯形短懸臂梁組——鉸接巖梁的結構形式。

基于對綜采工作面覆巖層特征結構的研究，為液壓支架的選型提供了基礎。

2.3 綜采工作面煤壁片幫冒頂控制技術

經對比分析可知，煤壁片幫是制約綜采工作面安全、高效生產的關鍵原因。究其原因在于，煤壁片幫導致工作面頂板情況更加復雜，從而導致液壓支架頂部受力不均勻使得其頂部部件被損壞，繼而誘發了頂板事故的發生[4]。煤壁片幫嚴重的話制約著工作面的生產效率，甚至威脅著工作面作業人員的人身安全。

經研究可知，影響工作面煤壁片幫的主要因素有：工作面的采高、煤層的普氏系數以及地質、水文條件等。基于對工作面煤壁片幫冒頂控制技術的研究可采用合理的液壓支護技術和有效的回采工藝避免煤壁片幫冒頂事故的發生。

3 綜采工作面回采工藝的研究

基于對工作面綜采技術研究的基礎上，結合當前綜采設備的水平，通過提升綜采工作面的回采工藝達到提升年產量的目的。本文提出可通過對拉工作面布置與回采工藝和超長工作面雙采煤機采煤機工藝兩種回采工藝提升煤炭年產量，現對上述兩種回采工藝的可行性進行分析。

3.1 對拉工作面布置與回采工藝可行性研究

對拉工作面指的是雙工作面，其本質為基于三

條回采巷道準備出兩個回采工作面。這兩個工作面共用一個運輸巷道，而且要求這兩個工作面的開采進度一致并且存在一定的錯距。對拉工作面的布置如圖2 所示。

圖2 對拉工作面布置示意圖

基于對拉工作面可減少煤柱損失，減小工作面的掘進任務，有效提升了綜采工作面的產煤效率。對拉工作面回采工藝與單一工作面的回采工作面的區別如下：

1）對拉工作面回采工藝對運輸巷的端頭支護和超前支護的要求較高。為此，我國自主研發的可自移的大采高端頭支架。該支架在工作面的應用不僅提升了對運輸巷道的支護效果，而且大幅的降低了作業人員的勞動強度[5]。

2）針對對拉工作面回采工藝的煤壁片幫冒頂事故仍可采用如下措施進行控制：適當提高液壓支架的支護強度和初撐力；采用液壓支架的二級、三級護幫對工作面煤壁進行支護；為液壓支架配備電液控制系統，以實現液壓支架的及時移架或帶壓移架的操作。

對拉工作面回采工藝可適用于煤層傾斜角度較小、低瓦斯以及煤層條件相對穩定的煤層的開采。此外，對拉工作面回采要求配備相應能力的破碎機、帶式輸送機等。

3.2 超長工作面雙采煤機回采工藝可行性研究

隨著采煤工作面長度的增加，盡管能夠達到提高煤炭采出率、緩解工作面接續等優勢；但是，在采煤機截割能力一定的情況下，工作面過長會降低工作面的日進度。為此，針對超長工作面采用雙采煤機回采的工藝。即，同時為超長工作面配置兩臺采煤機，在采煤機采煤速度一定的情況下，單位時間內的采煤量得到雙倍提升。

采用雙采煤機雙向截割生產時增加了三角煤的截割問題，雙臺采煤機雙向采煤工藝使得2 臺采煤機很難完美配合，而且還容易造成中部槽推斷。因此，針對超長工作面雙采煤機采煤工藝采用單向采煤方式。

盡管雙采煤機單向回采工藝對工作面水、電以及電液控制系統的要求較高，但只需各個工序安排合理就可帶來雙倍的效果。值得注意的是，當布置于工作面的兩臺采煤機有其中1 臺出現故障后，另外1 臺也無法正常工作。因此，雙采煤機單向采煤工藝還需從管理、工作面穩定性等方面不斷優化，確保該工藝的可靠性和穩定性。

4 結語

隨著工作面綜采設備能力的不斷提升，工作面一次性采高不斷增加。隨著我國對煤炭的需求量越來越大，在當前綜采設備能力一定的情況下，可通過改進采煤工藝達到提升工作面年產量的目的。經對比對拉工作面回采和超長工作面雙采煤機單向采煤機工藝的特點可得：在當前我國煤層所處地質條件、管理人員素質水平以及綜采設備能力一定等因素的綜合考慮下，可通過采用對拉工作面的回采工藝提升礦井的年產量。