基于礦壓規(guī)律分析對(duì)采煤工藝及參數(shù)優(yōu)化

楊書明

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)燕家河煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 042100）

近年來，隨著煤礦開采效率的提升，加之我國(guó)煤炭賦存情況相對(duì)復(fù)雜，淺部煤層的大量開采，剩下未來開采煤層的埋藏深度均較大，而且煤層條件更為復(fù)雜。針對(duì)深部煤層、大傾角煤層在實(shí)際開采中主要面臨著采出率低、含矸率高、礦井壓力增大等問題，整體歸結(jié)為開采效率低。本文主要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，本著提高生產(chǎn)效率和開采安全性的原則在對(duì)礦壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)采煤參數(shù)及采煤工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1 工程概況

某礦120210 綜采工作面整體走向長(zhǎng)度為211 m，其中傾斜工作面的長(zhǎng)度為183.7 m。經(jīng)探測(cè)，120210綜采工作面的煤層厚度為6.8～9.8 m 之間，煤層平均厚度為8.15 m，煤層最大傾角為45°，平均傾角為34.5°。總體來講，120210 綜采工作面屬于厚且大傾角煤層。120210 綜采工作面的頂?shù)装鍡l件，如表1 所示。

表1 120210 綜采工作面頂?shù)装鍡l件

總的來講，12021 綜采工作面的巖層處于裂隙發(fā)育狀態(tài)。同時(shí)，該工作面的最大涌出量可達(dá)120 m3/h，瓦斯絕對(duì)涌出量為0.566 m3/min。目前，工作面所配套的液壓支架為掩護(hù)式液壓支架，具體型號(hào)為ZF8600/18/35，該液壓支架的最大支護(hù)高度可達(dá)3.5 m。

2 工作面礦壓監(jiān)測(cè)

真實(shí)掌握120210 綜采工作面在實(shí)際生產(chǎn)中的礦壓和巷道變形情況，為后續(xù)采煤參數(shù)及采煤工藝的優(yōu)化提供支撐。

2.1 監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

針對(duì)礦壓監(jiān)測(cè)在傾斜工作面液壓支架的傾角變化量和液壓支架的伸縮量等數(shù)據(jù)進(jìn)行直接測(cè)量[1]，同時(shí)采用先進(jìn)的液壓支架監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其載荷進(jìn)行記錄。將傾斜工作面的液壓支架劃分為上部、中部和下部三個(gè)區(qū)域，總共液壓支架數(shù)量為109 個(gè)。其中，上部區(qū)域液壓支架編號(hào)為73#-109#，中部區(qū)域液壓支架編號(hào)為37#-72#，下部區(qū)域液壓支架編號(hào)為1-36#。

針對(duì)工作面巷道圍巖變形的監(jiān)測(cè)需求，重點(diǎn)對(duì)工作面的回風(fēng)巷道和運(yùn)輸巷道進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其中，在運(yùn)輸巷道內(nèi)布置4 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別距離停采線為0、80、110、150 m；在回風(fēng)順槽巷道內(nèi)布置3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別距離停采線為310、240、195 m。巷道變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)在工作面布置情況，如圖1 所示。

圖1 巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)

其中，巷道圍巖頂部變形的采用DL-2.5 型沉降指示器進(jìn)行監(jiān)測(cè)；巷道兩幫的移近量采用C-Ⅱ型自動(dòng)記錄器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

綜合對(duì)上述監(jiān)測(cè)方案所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在礦壓規(guī)律和巷道變形方面得出如下結(jié)論：

1）隨著綜采工作面的不斷推進(jìn)，傾斜工作面的傾角處于不斷變化的狀態(tài)；其中，上部?jī)A斜工作面的平均角度為25.7°，中部?jī)A斜工作面的平均角度為27.9°，下部?jī)A斜工作面的平均角度為28.6°。

2）液壓支架在移架過程中，由于其支護(hù)高度降低，導(dǎo)致其無法與工作面頂板充分接觸，進(jìn)而導(dǎo)致R-S-F 系統(tǒng)出現(xiàn)失穩(wěn)的情況；同時(shí)，普遍液壓支架前柱和后柱的載荷差異明顯，導(dǎo)致液壓支架出現(xiàn)了滑移的現(xiàn)象，不僅對(duì)液壓支架設(shè)備尤其是油缸的損害嚴(yán)重，而且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作面人員的生命安全也造成極大的威脅[2]。

3）運(yùn)輸順槽巷頂板下沉量最大為100 mm，兩幫移近量最大為14 m；回風(fēng)巷頂板的最大下沉量為57 mm，兩幫移近量最大為10 mm。而且，在距離工作面35 m 的位置處工作面巷道的圍巖變形劇烈；從距離工作面35 m 到80 m 的位置處工作面巷道的變形逐漸減緩；從距離工作面80 m 的位置開始巷道的變形已經(jīng)非常小，即巷道圍巖處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

在我眼中，音樂是神圣的。神圣的來源是我對(duì)它的熱愛。難過的時(shí)候，我就會(huì)聽一首《女孩，別哭》，臉上就掛起了微笑；生氣的時(shí)候，我就會(huì)聽一首《快樂寶貝》，心中的氣就云消霧散了；考試成績(jī)不好時(shí)，就會(huì)聽一首《童年》，提醒自己：珍惜時(shí)光，好好學(xué)習(xí)。

3 工作面采煤參數(shù)及采煤工藝的優(yōu)化

3.1 工作面采煤參數(shù)的優(yōu)化

目前，120210 綜采工作面傾斜工作面的長(zhǎng)度為183.7 m。但是，在對(duì)其礦壓規(guī)律監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，由于傾斜工作面的長(zhǎng)度過長(zhǎng)導(dǎo)致R-S-F 系統(tǒng)出現(xiàn)失穩(wěn)的情況。因此，為解決R-S-F 系統(tǒng)失穩(wěn)的情況，結(jié)合國(guó)內(nèi)其他大傾角工作面煤層的開采經(jīng)驗(yàn)，將120210 綜采工作面中大傾角工作面的走向長(zhǎng)度優(yōu)化為90～120 m之間。

工作面的傾角對(duì)于液壓支架工作的穩(wěn)定工作具有關(guān)鍵作用，針對(duì)本工程中液壓支架的出現(xiàn)滑移的情況，將綜采工作面改進(jìn)為“偽仰斜”狀態(tài)，并將其控制在0°～3°為最佳。

同時(shí)，結(jié)合120210 綜采工作面勘探的地質(zhì)條件參數(shù)，尤其是對(duì)底板地質(zhì)條件的分析，為了保證綜采工作面的正常高效開采，留設(shè)0.4 m 的底煤進(jìn)行開采。

3.2 采煤工藝的優(yōu)化

3.2.1 采煤工藝優(yōu)化原則

采煤工藝的優(yōu)化需要遵循如下原則：

1）基于設(shè)備生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能的增加采煤機(jī)的采煤高度，從而提升工作面煤炭的采出率[3]；

2）確保在一個(gè)班組中采煤機(jī)循環(huán)工作的數(shù)量最大；

3.2.2 采煤工藝參數(shù)的優(yōu)化

根據(jù)開采經(jīng)驗(yàn)可知，適用于我國(guó)煤層相對(duì)合理的采煤高度范圍在2.7～3.7 m 之間，而且對(duì)應(yīng)的在3～3.5 m 之間的高度為最佳。結(jié)合120210 綜采工作面的地質(zhì)條件以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的生產(chǎn)能力，得出該工作面對(duì)應(yīng)的最佳采高范圍應(yīng)在2.6～3.1 m 之間。

同時(shí)，根據(jù)120210 工作面現(xiàn)場(chǎng)工作空間的合理布置原則，對(duì)應(yīng)采煤機(jī)的最佳采高范圍在2.8～3 m之間。

因此，綜合考慮不同采高對(duì)應(yīng)的工作面的產(chǎn)量、通風(fēng)能力以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置情況等條件，最終將120210 綜采工作面的采高確定為3 m。

3.3 優(yōu)化效果

對(duì)上述采煤參數(shù)和采煤工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體的優(yōu)化效果，如表2 所示。

表2 采煤工藝及采煤參數(shù)的優(yōu)化效果

4 結(jié)語

一直以來，工作面煤層的開采效率是企業(yè)關(guān)注的核心指標(biāo)。在實(shí)際生產(chǎn)中，受工作面地質(zhì)條件以及煤層埋藏深度的影響，在回采期間的礦壓規(guī)律表現(xiàn)不同，為保證高效安全生產(chǎn)需要對(duì)采煤參數(shù)和采煤工藝進(jìn)行優(yōu)化。本文以120210 工作面為例重點(diǎn)對(duì)其采煤參數(shù)和工藝進(jìn)行優(yōu)化，具體總結(jié)如下：

1）當(dāng)前采煤參數(shù)和工藝下，出現(xiàn)了R-S-F 系統(tǒng)失穩(wěn)的情況并導(dǎo)致液壓支架出現(xiàn)了滑移的情況，嚴(yán)重威脅設(shè)備和人員的安全性。

2）重點(diǎn)將工作面傾斜長(zhǎng)度從183.7 m 優(yōu)化為90～120 m 之間為最佳，為保證綜采工作面的正常高效開采，留設(shè)0.4 m 的底煤進(jìn)行開采，將采煤高度優(yōu)化為3 m 等。

3）實(shí)踐表明，對(duì)采煤參數(shù)和工藝進(jìn)行優(yōu)化后，120210 綜采工作面的回采率較之前提升了11.22%，直接創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益較之前提升了18 360 萬元。