厚煤層綜放適宜截割采高的研究

梁國紅

（晉能控股煤業集團晉圣公司坡底煤業，山西 晉城 048006）

厚煤層綜放開采時直接切割煤體部分的煤炭資源回收率要遠高于放頂煤部分的煤炭資源回收率[1]。本文針對N2105工作面適當的增加直接切割煤體部分高度進行了研究，分別針對破、運煤運輸系統、液壓支護系統、排頭和排尾支護系統以及工程經濟效益等進行了分析，進而為具有類似地質條件的礦井生產工藝變更提供參考依據。

1 概況

晉能控股煤業集團晉圣公司坡底煤業目前正在開采N2105綜放工作面，該綜放工作面沿傾向寬為310 m，沿走向長為1150 m，工作面主采3#煤層平均厚度為6.2 m，平均傾角為5°，屬于近水平厚煤層。目前N2105綜放工作面采煤機直接割煤高度為3.2 m，放頂煤厚度為3 m，采放比接近1:1。N2105綜放工作面的平面布置情況如圖1。

圖1 N2105綜放工作面平面布置圖

2 不同采高可行性分析

2.1 可行性分析

N2105綜放工作面所采用的液壓支架為：作業面內排頭和排尾選用ZFG7200/20/36型液壓支架，排頭和排尾各布置3組；作業面選用ZF7000/19.5/38型液壓支架，共布置194組支架。N2105綜放工作面回采期間，采煤機直接切割煤體部分的煤炭資源回收率達98%，而放頂煤部分的煤炭資源回收率僅為85%[2]。因此從提高煤炭資源回收率的角度考慮，適當地增加直接切割煤體部分的高度，相應地減小放頂煤部分的高度，能夠有效地提高N2105工作面的煤炭資源回收率。同時，適當地增加直接切割煤體部分的高度意味著將進一步增大工作面通風面積，有益于工作面內瓦斯的排放，降低工作面內瓦斯積聚的可能性[3]。

2.2 破、運煤運輸系統適應性分析

上述從煤炭資源回收率以及瓦斯治理的角度分析可知，適當地增加直接切割煤體部分的高度對于二者均是有益的，但工作面內煤炭資源的開采還涉及到相應的破、運煤流程，因此有必要針對這一運輸系統進行細致分析。

N2105綜放工作面內所配套的雙滾筒采煤機型號為MGTY400/930-3.3D，其具體配套參數為：滾筒直徑為1.8 m，裝機功率為930 kW，電機功率為2×700 kW；刮板輸送機選型為SGZ-960/1400，鏈速為1.2 m/s，最大運輸能力為1800 t/h。基于上述運輸系統參數可知，當適當地增加直接切割煤體部分的高度為3.5 m時，根據公式（1）可計算得到工作面內雙滾筒采煤機每小時的破煤能力M1[4]：

M1=V·L·H1·ρ煤·60 （1）

式中：V表示采煤機在破煤期間的運行速度，m/s；L表示采煤機破煤期間的割煤深度，取0.8 m；H1表示采煤機破煤期間的割煤高度，取3.5 m；ρ煤表示N2105綜放工作面內主采3#煤層的平均容重，取值1.39 t/m3。

同理，根據公式（2）可計算得到工作面內每小時的放煤能力M2：

M2=V·L·H2·ρ煤·60 （2）

式中：H2表示采煤機破煤期間的割煤高度，取值6.2-H1=2.7 m。

結合公式（1）和（2）可知，在不同的采煤機運行速度V條件下，工作面內每小時的破煤能力M1和放煤能力M2情況如圖2。

由圖2可知，考慮到原切割煤體高度條件下采煤機的運行速度為3 m/s，可以得到采煤機運行速度由3 m/s增大至5 m/s時對應的工作面內破煤和放煤能力變化情況。基于刮板輸送機的最大運輸能力為1800 t/h，可知采煤機運行速度最大為4.3 m/s，即在適當增加直接切割煤體部分的高度后，采煤機運行速度可在3～4.3 m/s范圍內變動。

圖2 不同采煤機運行速度下工作面煤炭產能

2.3 液壓支護系統適應性分析

當適當地增加直接切割煤體部分的高度至3.5 m后，工作面內采場礦壓強度P可由公式（3）計算得知[5]：

P=g·n·H1·γ覆/1000 （3）

式中：g表示重力加速度，取值為9.8 m/s2；n表示載荷系數，取值8；γ覆表示覆巖的平均容重，取值2500 kg/m3。

公式（3）可知當直接切割煤體部分的高度增至3.5 m后，工作面內采場礦壓強度P=686 kN/m3。考慮到工作面內所選用ZF7000/19.5/38型液壓支架的工作阻力為921 kN/m3，可見適當地增加直接切割煤體部分的高度至3.5 m后工作面內的液壓支架依舊能夠滿足承載要求。

2.4 排頭和排尾支護系統適應性分析

將直接切割煤體部分高度由3.2 m增至3.5 m后，端頭部分平巷與工作面的剖面位置關系如圖3。

由圖3（a）可知，在原有切割煤體高度條件下，端頭位置的平巷（例如膠帶順槽）頂煤與工作面頂煤處于同一水平高度，能夠形成統一的整體，進而便于支護管理而不會發生頂板冒落等事故。由圖3（b）可知，當直接切割煤體部分的高度由3.2 m增大至3.5 m后，由于端頭位置的膠帶順槽頂煤與工作面頂煤不處于同一水平高度，存在一定的高度差，此時如果不針對兩者銜接部分采取過渡措施，則極易導致兩者銜接部分頂煤破碎而發生頂板冒落等事故。由圖3（c）可知，當直接切割煤體部分的高度由3.2 m增大至3.5 m后，由于端頭位置的膠帶順槽頂煤與工作面頂煤不處于同一水平高度，存在一定的高度差，此時針對兩者銜接部分采取過渡措施，使得兩者銜接部分能夠較為完整地形成統一的整體，進而便于支護管理而不易發生頂板冒落等事故。對于膠帶順槽頂煤與工作面頂煤銜接部分，可以通過在距離銜接點長度為D的位置處開始降低直接切割煤體部分的高度，進而使得工作面端頭位置頂煤呈現為三角形結構，同時在銜接點位置處鋪設雙層經緯網（規格為8 m×1 m）來強化頂煤的整體性，有效防治因頂煤破碎而發生頂板冒落事故。

3 工程經濟效益分析

當直接切割煤體部分高度由3.2 m增至3.5 m后，前述統計可知采煤機直接切割煤體部分的煤炭資源回收率為98%，而放頂煤部分的煤炭資源回收率僅為85%，調整后剩余工作面推進長度為600 m，計算可知工作面整體能夠多產出煤炭資源9730 t，按照目前煤炭價格1000元/t計算可知，能夠直接帶來973萬元經濟效益。

4 結論

（1）當N2105綜放工作面直接切割煤體部分的高度由3.2 m增大至3.5 m后，采煤機運行速度可在3～4.3 m/s范圍內變動，原有液壓支架型號依舊能夠滿足承載要求。

（2）對于端頭位置的平巷（例如膠帶順槽）與工作面頂煤銜接部分，可以通過在距離銜接點長度為D的位置處開始降低直接切割煤體部分的高度，同時在銜接點位置處鋪設雙層經緯網（規格為8 m×1 m）來強化頂煤的整體性。

（3）工作面整體能夠多產出煤炭資源9730 t，按照目前煤炭價格每噸1000元計算可知，能夠直接帶來973萬元的經濟效益。