綜放工作面開采現(xiàn)場工業(yè)性試驗

張啟學

（山西焦煤集團有限責任公司官地煤礦，山西 太原 030022）

0 引言

目前，我國針對厚煤層或者特厚煤層的開采技術已經(jīng)相對成熟并已經(jīng)形成體系化。從理論上講，對于厚煤層而言采用大采高一次全采工藝顯然是不現(xiàn)實的；同時，當厚煤層采用分層開采工藝時存在采掘比大、成本高、巷道維護工作量大且費用高等問題[1]。但是，綜放開采工藝具有效率高、安全性高等優(yōu)勢，尤其是采掘比小對于提高煤炭回收率具有重要意義[2]。本文將結合實踐生產(chǎn)對綜放開采工藝在厚煤層工作面的開采技術展開工業(yè)性試驗研究。

1 工程概況

4113 工作面煤層的平均厚度為10 m，工作面的傾角范圍為3°～9°，其工作面整體上無斷裂的構造且地質(zhì)結構相對簡單。目前，4113 工作面已經(jīng)完成掘進任務，且在掘進過程中巷道支護效果較好，無變形。掘進后4113 工作面的走向長度為180 m。本章將結合4113 工作面的實際情況對其是否適合采用綜放采煤工藝進行論證。具體如下：

1）4113 工作面煤層的平均厚度為10 m，屬于厚及特厚煤層；從煤層厚度層面分析，符合《煤礦安全規(guī)程》中所規(guī)定的放頂開采要求。同時，10 m 厚的煤層有利于工作面頂煤的冒放。

2）從煤層硬度層面分析：當煤層硬度系數(shù)小于1時，對應的可放性非常好；當煤層硬度系數(shù)居于1～2之間時，對應的可放性相對較好；當煤層硬度系數(shù)大于2 時，對應的可放性較差。經(jīng)測試，4113 工作面煤層的硬度系數(shù)居于1～2 之間，屬于中硬煤層，對應的具有較好的可放性。

3）從煤層含矸層面分析：當煤層中所含的矸石的硬度較大時，將會嚴重影響頂煤的放出。4113 工作面煤層所含的矸石的成分為炭質(zhì)泥巖和泥巖，其對頂煤的冒放性影響較小。

4）從煤層頂板地質(zhì)條件分析：4113 工作面直徑頂板相對軟弱屬于不穩(wěn)定頂板，其基本頂相對較硬屬于穩(wěn)定型頂板。總的來講，4113 工作面的頂板容易冒落。

綜上所述，在4113 工作面采用綜放采煤工藝是可行的。本文將重點對綜放開采工藝參數(shù)進行確定，并對其現(xiàn)場應用效果進行驗證。

2 綜放開采工藝參數(shù)的確定

對于綜放開采工藝而言，為其確定合理的開采厚度對于保證最終的開采效果具有重要意義。本章將基于數(shù)值模擬手段對不同開采厚度的安全性進行分析，初步確定開采厚度的范圍[3]；然后結合4113 工作面的現(xiàn)場情況具體確定其他開采參數(shù)。

2.1 開采厚度的初步確定

根據(jù)4113 工作面的地質(zhì)條件，建立數(shù)值模擬仿真模型，并對其邊界條件和初始模型進行固定。分別對開采厚度為6、8、10 m 三種情況下工作面圍巖的移動規(guī)律和巖體的滲流規(guī)律進行對比，初步確定適用于4113 工作面的開采厚度參數(shù)。

2.2 數(shù)值模擬模型的搭建

結合4113 工作面的實際情況，基于FLAC3D 軟件構建長度為1 000 m，高度為235 m 的數(shù)值計算模型，并將模型劃分為2 m×2 m 的計算網(wǎng)格。所構建的數(shù)值模擬模型，如圖1 所示。

圖1 4113 工作面數(shù)值模擬計算模型

根據(jù)4113 工作面各巖層、煤層的力學參數(shù)在圖1中的模型進行設置。

2.3 開采厚度對工作面圍巖移動和滲流規(guī)律的影響

基于上述所構建的數(shù)值模擬仿真模型，分別對開采厚度為6、8、10 m 時工作面圍巖的移動規(guī)律和巖體滲流規(guī)律進行對比，并得出如下結論：

1）當開采厚度為6 m 時，4113 工作面圍巖的塑形變形的最大高度為120 m，而且在工作面礫巖層區(qū)域出現(xiàn)了較為明顯的破斷裂隙；

2）當開采厚度為8 m 時，4113 工作面圍巖的塑形變形高度進一步增加，并延伸至礫巖層的上方，工作面僅在很小的范圍內(nèi)出現(xiàn)了裂隙；

3）當開采厚度為10 m 時，其圍巖變形規(guī)律與開采厚度為6 m 和8 m 的相似，不同的4113 工作面的塑形變形區(qū)域已經(jīng)不斷延伸至地表，并且隨著工作面的不斷推進，在工作面出現(xiàn)了大范圍的裂隙[4]。

綜上所述，應將4113 工作面綜放開采工藝中的開采厚度初步確定為8 m。

2.4 開采參數(shù)的確定

根據(jù)當前國內(nèi)開采經(jīng)驗和現(xiàn)有生產(chǎn)設備的能力，確定采煤機的截割深度為0.8 m。4113 工作面采用一采一放的工藝進行生產(chǎn)，根據(jù)采煤機的截割深度確定其放煤步距為0.8 m。

根據(jù)放煤開采工藝的特點，當工作面煤層厚度大于4 m 時，參照當前采煤機的能力，確定采高為3 m；并根據(jù)“2.1”中確定開采厚度不超過8 m，確定放煤高度為5 m，則對應的采放比為1.7。

3 綜放開采工藝的現(xiàn)場試驗

將上述所確定的綜放開采工藝參數(shù)應用于4113工作面的生產(chǎn)中，并對其生產(chǎn)能力進行試驗驗證。而且，上述從開采工藝應用與4113 工作面前后的生產(chǎn)能力對比，如表1 所示。

表1 綜放開采工藝實施前后生產(chǎn)能力對比

如表1 所示，4113 工作面應用綜放采煤工藝后，對于走向長度為180 m 的工作面而言，其推進長度較之前增加73 m，回采期較之前增加0.7 個月。總的來講，4113 工作面采用綜放開采工藝后，可回收的煤炭總量為2.47 Mt，與以往的煤炭回收量1.38 Mt 提升了1.09 Mt。

4 結語

目前，煤礦生產(chǎn)的自動化、智能化水平已經(jīng)達到一定程度[5]。因此，當前為進一步提升綜采工作面的生產(chǎn)效率和安全性，需要結合工作面的實際情況選擇最佳的生產(chǎn)工藝。本文針對4113 工作面厚及特厚煤層采取綜放開采工藝進行開采，并對其開采工藝參數(shù)進行確定，最終對實踐應用效果進行分析。

1）綜合分析4113 工作面煤層硬度系數(shù)、頂板以及矸石等情況得出，該工作面適合采用綜放開采工藝進行生產(chǎn)。

2）通過對不同開采厚度下工作面圍巖移動規(guī)律和巖層滲流規(guī)律進行對比，建議將綜放開采工藝對應的開采厚度確定為8 m，并最終確定采高為3 m，放煤高度為5 m。

3）經(jīng)對比分析可知，4113 工作面采用綜放采煤工藝后，工作面推擠長度增加73 m，回采期延長0.7 個月，煤炭回收率提升1.09 Mt。