綜采工作面采煤參數及采煤工藝的優化

劉鑫志

（同煤集團臨汾宏大豁口煤業有限公司，山西 臨汾 041000）

對于煤礦企業而言，主要關注的問題為如何在保證綜采工作面安全生產的前提下，最大限度的提升工作面煤炭的開采率，提升所采出煤炭的質量。經研究可知，決定上述問題的關鍵因素為工作面對應的采煤工藝和采煤參數[1]。因此，在實際煤炭開采過程中需根據工作面的地質、煤層等相關條件對采煤參數及采煤工藝進行優化選取。本文將以某礦4501工作面為例對其采煤參數和工藝進行優化。

1 工程概況

某礦設計的開采能力為6 Mt/a，目前可供開采的煤層包括有1號、3號、9號以及12號煤層。本文以3號所屬的4501工作面為例對其開采參數和工藝參數進行優化設計。4501工作面的走向長度為有1 460 m，其中傾斜工作面的長度包括有245 m；其中，4501工作面煤層的最大傾角為45°，最小傾角為23°，煤層平均傾角為30°。目前，3號煤層4501工作面所采用的開采方式為放頂煤開采，對應的頂板管理方式為全部垮落法。經探測可知，4501工作面的頂底板情況如表1所示。

表1 4501工作面3號煤層工作面頂底板情況

2 采煤參數及工藝參數的優化

對于放頂煤開采方式而言，其關鍵采煤參數及對應工藝參數包括有頂煤的放煤高度、放煤步距以及放煤方式等。因此，本文將對上述參數進行優化。

2.1 放煤高度的優化確定

放煤高度與工作面所選型采煤機的采煤高度相關。從理論上講，在放頂開采方式下所選取的放煤高度和采煤高度的和為工作面煤層的平均厚度[2]。因此，對指定的工作面煤層而言，采煤高度的最優確定即可得到最佳放煤高度。

一般情況下，采高與工作面的通風情況存在一定的關系，二者之間的關系如式（1）所示。

式中:Hg為采煤參數的采高；Qf為綜采工作面當前通風設備的供風量，取Qf=21 m3/s；Bz為綜采工作面所配置液壓支架的最小長度，Bz=4.5 m；Vf，max為工作面的風速，一般取Vf，max=2.5-3.0 m/s；為根據工作面圍巖及設備情況所確定的過風斷面系數，取φ=0.6。

將上述參數代入式（1）計算可得，4501工作面3號煤層對應的最佳采煤高度為2.8-3.1 m。結合該礦當前所選型液壓支架的具體型號，其對應的最高支護高度為3.2 m。與此同時，結合以往工作面采高參數的選取經驗和通風要求，最終確定4501工作面對應3號煤層的最佳采煤高度為3 m。

經探測可知，3號煤層的平均厚度為9.35 m，則對應最佳的放煤高度為9.35 m-3 m=6.35 m。

2.2 放煤步距的優化確定

放煤步距指的是，在放頂煤開采中在兩個采煤循環之間工作面所推進的距離。從理論上講，放煤步距與采煤機的截割深度相關，二者具體關系為放煤步距為采煤機截割深度的整數倍。目前，4501工作面3號煤層采煤機對應的截割深度為0.8 m。結合實際放煤開采中放煤步距與煤層截割深度的比值一般取1倍、2倍以及3倍[3]。因此，本節對放煤步距分別為0.8 m、1.6 m以及2.4 m對應的開采效果進行對比分析，最終得出最佳放煤步距。

對不同放煤步距開采效果好壞的評價標準為：在固定循環數（15個循環）下對不同放煤步距下煤炭的回收率進行對比，回收率越高則所選取的放煤參數最優。

當放煤步距為0.8 m時，在15個開采循環下對應工作面的推進距離為15×0.8 m=12 m；根據采煤機的采煤高度為3 m，對應的放煤高度為6.35 m。則，可得出當放煤步距為0.8 m在15個開采循環下所截割出煤炭的理論體積計算如下：

根據4501工作面3號煤層對應煤炭的容重為0.83 t/m3，得出當放煤步距為0.8 m在15個開采循環下所截割出煤炭的理論質量為189.738 t。

經在工作面實際生產采用放煤步距為0.8 m開采時，對應實際煤炭放出量為161.28t。則，當放煤步距為0.8 m時，對應煤炭回收率為161.28 t/189.738 t=85%。

同理，分別對放煤步距為1.6 m和2.4 m時對應煤炭采出率進行計算。

綜上所述，得出不同放煤步距下在15個采煤循環下工作面煤炭的回收率如表2所示。

表2 不同放煤步距對應回收率對比

綜上所述，3號煤層對應的最佳放煤步距為0.8 m。

2.3 放煤方式的優化確定

對于放頂煤開采方式而言，除了放煤步距、放煤高度兩個參數外，另一個影響煤炭開采的重要因素為所采用的放煤方式[4]。經理論研究可知，不同放煤方式所得煤炭中含矸率不同。因此，本節將對不同放煤方式下的含矸率進行對比，所對比的放煤方式包括有單輪順序放煤、單輪間隔放煤、雙輪順序放煤以及雙輪間隔放煤[5]。不同放煤方式下對應的含矸率如表3所示。

表3 不同放煤方式下含矸率對比

綜上所述，確定的最佳放煤方式為雙輪順序放煤。

3 結論

綜采工作面煤炭開采回采率和含矸率為煤礦企業關注的兩項關鍵指標，而這兩項指標與工作面所采用的采煤參數及對應的工藝參數相關。因此，需根據綜采工作面的地質、煤層等條件對采煤參數及工藝參數進行優化確定。本文以4501工作面為例分析對其放頂煤開采方式下對應的參數進行優化確定，具體總結如下：

1）基于最佳采高得出對應放頂煤的最佳放煤高度為6.35 m。

2）對不同放煤步距對應工作面煤炭回收率分析得出最佳放煤步距為0.8 m，且對應回收率為85%。

3）對不同放煤方式下對應煤炭含矸率進行分析得出最佳放煤方式為雙輪順序放煤，且對應含矸率為5.18%。