厚煤層綜放開采工藝及參數的研究

鄧 飛

（山西焦煤西山煤電有限公司東曲煤礦，山西 太原 030200）

1 概況

東曲礦8818 開采面主采8#煤，煤層厚度在5.2～7.8 m，平均厚度6.8 m，埋深315 m。原開采方式為水平分層開采，工藝較落后，勞動強度大，機械化程度低，且開采效果不佳，嚴重制約生產效益。為改進開采工藝，提升生產效益，針對該工作面特點，對其開采工藝進行了研究設計。

2 采煤工藝方案

2.1 頂煤冒放性分析

根據大量礦井開采作業經驗，綜放開采能否更好地實施，關鍵在于工作面的頂煤冒放性。煤礦開采中，煤厚、煤層構成、開采深度、夾矸層數、厚度及硬度、裂隙發育、頂底板巖性等都對頂煤冒放性有影響，因此分析頂煤冒放性需結合上述因素進行[1-2]。圖1 是頂煤受力狀態圖，該模型可簡化為二維模型如式（1）。

圖1 頂煤受力狀態圖

式中：γH為原巖應力；KγH為圍巖內支承壓力最大值；H為煤層賦存深度，m；σ1為第1 主應力，MPa；σ3為第2 主應力，MPa；Rc為煤體強度，MPa；f為煤內摩擦系數。

取煤的泊松比μ=λ/（1+λ）=0.25，K=3.5，γ=2.3 t/m3，可得：H=0.439Rc/γ。假設煤體強度不變，需滿足H≥19.1Rc，結合工作面8#煤的埋深及其煤體強度，可知該條件滿足。進而分析采深與抗壓強度、煤頂巖性、采放比等參數，得冒放性權重數據見表1。

表1 頂煤冒放性影響因素表

由表1 可知，8818 工作面頂煤冒放性：μ= ∑Aiμi≈0.8，由表2 可知8#煤冒放性較好。

表2 頂煤冒放性性能評價表

2.2 回采工藝參數設計

（1）試驗開采工作面選擇在8818 工作面的南翼，煤層傾角約為9°，平均煤厚7 m，機巷標高+1386～ +1393 m，風巷標高+1408～ +1426 m，傾向長150 m。

（2）采用放頂煤開采方式，采煤機采高增加時，放煤高度應該減少，這樣可提高頂煤冒放性和回收率。但采煤機采高增加時，礦山壓力將更為明顯，對支架性能要求就會變高[3]。確定采煤機割煤高度為3 m，放煤高度為4 m，采放比為二者比值。

（3）放煤步距通常是采煤機滾筒截割深度的整數倍，采煤機放煤一般是采一放一、采二放一或者采三放一，本文中采煤機滾筒截割深度為0.8 m，即步距有0.8 m、1.6 m、2.4 m 三種。通過軟件模擬分析不同情況下相關開采數據見表3。可確定放煤步距為0.8 m。

表3 不同放煤方式開采數據表

（4）放煤方式的確定實際上是選擇放煤口開啟的數量、順序和放煤量，按開口順序分順序和間隔兩種，按放煤次數又分單輪、多輪和雙輪。本文分別分析了單輪間隔放煤、單輪順序放煤、多輪順序放煤三種放煤方式的放出率，分別為83.2%、78.1%、85.3%，因此確定放煤方式為多輪順序放煤。

2.3 “三機”選型

（1）采煤機選型。根據割煤高度3 m 及工作面其他相關技術條件，初步選定采煤機的滾筒直徑為1.8～2.4 m?？捎嬎愕米畲舐涿毫繛?61 t/h，進而求出需要的切割功率不小于1100 kW，綜合考慮，選擇滾筒直徑為2 m、切割功率為1200 kW 的采煤機。

（2）支架選型。支架的選型應結合理論和實際，支護強度應足夠支護冒落頂板巖層和頂煤的重量，計算結果為1.10 MPa，因此支架選型設計的支護強度應為1.10 MPa，高度在1.8～3.5 m 范圍內[4-5]。

（3）刮板運輸機選型。刮板運輸機的選擇包括兩部分：前、后刮板運輸機。前刮板運輸機需滿足運煤能力大于最大割煤能力并有足夠的余量，確定前刮板運輸機運輸量為1800 t/h。后刮板運輸機主要作用是拉運放頂煤，可計算出最小運輸能力為782 t/h，最終設計后刮板運輸機運輸量為2000 t/h。

3 效果

經采煤工藝設計，確定方案為采高3 m，一采一放，放煤步距0.8 m，多輪順序放煤。選擇適宜的配套“三機”。在8818 開采面試驗開采，工作面日產萬噸以上，較之前有很大提升。