劉衛(wèi)紅

(西山煤電集團(tuán)公司五人小組管理局，山西 太原 030053)

引 言

我國(guó)作為全球煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)第一大國(guó)，煤炭的儲(chǔ)量也在全球范圍內(nèi)名列前茅。我國(guó)煤層所處的地域相對(duì)較廣，鑒于不同的地理?xiàng)l件，煤層所形成的原因也千差萬(wàn)別。因此，不同地域的煤層特點(diǎn)各不相同[1]。比如，有些煤層頂板松軟，導(dǎo)致對(duì)該種煤層的頂板管路相對(duì)復(fù)雜；有些煤層的間距較小或者上下煤層差異明顯，導(dǎo)致開(kāi)采上下煤層時(shí)波動(dòng)較大；有些煤層上頂板結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致其支護(hù)困難，開(kāi)采難度較大，使其無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的設(shè)計(jì)能力?？傊捎诿簩訌?fù)雜的地下特點(diǎn)，導(dǎo)致其開(kāi)采時(shí)常常受到開(kāi)采工藝不成熟的限制。

特別是針對(duì)間距特別近的煤層，采用一般工藝開(kāi)采時(shí)下部煤層的頂板往往會(huì)被上部煤層所破壞，且下部煤層的巷道也存在被破壞的風(fēng)險(xiǎn)。此外，開(kāi)采極近距煤層時(shí)容易造成冒頂、漏頂?shù)劝踩鹿?，使得綜采工作面的安全系數(shù)大打折扣[2]。總之，開(kāi)采極近距煤層時(shí)對(duì)該下部煤層的頂板管理、巷道支護(hù)以及工藝技術(shù)有特殊的要求。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)極近距煤層開(kāi)采工藝的研究，提高對(duì)綜采工作面的回采效率，從一定程度上降低對(duì)煤炭資源的浪費(fèi)。

1 極近距煤層采煤工藝研究

1.1 極近距煤層的定義

極近距煤層指的是，煤層群層之間的距離非常小，在開(kāi)采過(guò)程中受上下煤層的影響較大的煤層。在開(kāi)采過(guò)程中，煤層的圍巖應(yīng)力會(huì)重新分布導(dǎo)致對(duì)相鄰煤層的頂板或者底板塑形造成影響[3]。經(jīng)研究可知，煤層間距越小，相鄰煤層開(kāi)采的相互影響程度越嚴(yán)重。在對(duì)極近距煤層進(jìn)行判定時(shí)，可依據(jù)式(1)進(jìn)行判定。

(1)

式中，γ為煤層上方巖層的平均容重，kN/m3；H煤層的平均埋藏厚度，m；L為煤層所處工作面的長(zhǎng)度，m；Rrmc為煤層上方巖層的單軸抗壓強(qiáng)度，MPa。

本文所研究的煤層的γ=25 kN/m3、H=210 m、L=150 m、Rrmc=55.2 MPa～55.63 MPa。將上述參數(shù)帶入式(1)中，得該煤層的最大間距范圍為4.18 m～5.92 m<6 m。因此，可以定義本文所研究煤層為極近距煤層。

1.2 極近距煤層的開(kāi)采工藝

本文所研究極近距煤層所處工作為首次開(kāi)采的工作面，煤層平均厚度約為4.38 m，煤層的平均傾角為3°。煤層之間為0.3 m的夾矸，煤層直接頂為粉砂巖，粉砂巖層的平均厚度為2.4 m。

1) 極近距煤層開(kāi)采時(shí)支護(hù)設(shè)備對(duì)煤壁的壓酥作用不大，導(dǎo)致其煤壁堅(jiān)硬不易截割。因此，需提升采煤機(jī)的功率，降低采煤機(jī)滾筒降低截割阻力[4]。同時(shí)，采用適當(dāng)?shù)谋品桨冈诓挥绊懴噜徝簩拥那闆r下，使得煤壁松軟。

2) 極近距煤層在開(kāi)采過(guò)程中，下部煤層的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律比較復(fù)雜。因此，對(duì)極近距煤層的開(kāi)采需經(jīng)歷三個(gè)步驟：從實(shí)體煤向采空區(qū)推進(jìn)、在采空區(qū)開(kāi)采、從采空區(qū)向?qū)嶓w煤推進(jìn)。

3) 從實(shí)體煤向采空區(qū)推進(jìn)時(shí)，需加強(qiáng)對(duì)兩個(gè)區(qū)域煤層的支護(hù)，并在巷道的出口位置處支設(shè)臺(tái)棚，煤層工作面所采用的支護(hù)設(shè)備為超前移架，將長(zhǎng)護(hù)壁板更換為短護(hù)壁。

4) 在采空區(qū)開(kāi)采時(shí)，工作面采用雙向割煤的方式開(kāi)采，以減少工作面空頂?shù)臅r(shí)間；實(shí)時(shí)根據(jù)頂板的情況調(diào)整泵站的壓力；將膠帶順槽超前支護(hù)30 m，將軌道順槽超前支護(hù)60 m,均與順槽平行。

5) 從采空區(qū)向?qū)嶓w煤推進(jìn)時(shí)，應(yīng)提前降低采煤高度并檢查工作面所有設(shè)備運(yùn)行情況，及時(shí)更換不合格的設(shè)備；采用雙向割煤的方式快速進(jìn)入實(shí)體煤，減少工作面空頂時(shí)間。

6) 根據(jù)極近距煤層的頂板情況選用適當(dāng)?shù)囊簤褐Ъ堋Ｆ渲?，?dāng)頂板為塊裂頂板時(shí)，應(yīng)選用支撐掩護(hù)支架；當(dāng)頂板為碎裂頂板時(shí)，應(yīng)選用掩護(hù)式支架。

7) 極近距煤層開(kāi)采時(shí)，由于種種原因造成回采工作面無(wú)法形成正常的全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)。因此，應(yīng)在回采工作面安裝局扇，降低回采工作面回風(fēng)順槽的壓力；在工作面順槽安裝調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)，確保工作面空氣按照正常的方向流動(dòng)。

2 極近距煤層采煤工藝可靠性分析

2.1 8243工作面可靠性分析

本文所研究的極近距煤層所處工作面的長(zhǎng)度為134 m，推進(jìn)長(zhǎng)度為1 510 m。該工作面的生產(chǎn)能力為，采煤機(jī)每天推進(jìn)長(zhǎng)度為5.6 m，每天產(chǎn)煤量為3 181 t。該工作面采用單一長(zhǎng)壁后退式采煤方法，頂板管理方法為全部垮落法，回采工藝為綜合機(jī)械化回采工藝[5]。該工作面的可靠性指標(biāo)如表1所示。

表1 極近距煤層工作面可靠性指標(biāo)

為了得出基于上述采煤工藝下，影響極近距煤層工作面可靠性因素的主次，對(duì)該工作面所有工作設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定，并得出各個(gè)環(huán)節(jié)的停工時(shí)長(zhǎng)，如表2所示。

表2 極近距煤層8243面各環(huán)節(jié)停工類(lèi)型及時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)表

分析表2可知，該極近距煤層工作面停工時(shí)長(zhǎng)最高是由頂板造成的，其次是由液壓支架、輸送機(jī)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)可知，影響極近距煤層工作面可靠性的主要因素為頂板、液壓支架和輸送機(jī)；次要因素為采煤機(jī)和破碎機(jī)。

2.2 8245工作面可靠性分析

8245工作面為8243工作面的相鄰工作面，該工作面的長(zhǎng)度為131 m，推進(jìn)長(zhǎng)度為1 368 m。8245工作面的開(kāi)采工藝與8243工作面相同。通過(guò)對(duì)8243工作面可靠性的分析得知，影響該工作面可靠性的主要因素為頂板、液壓支架和輸送機(jī)。因此，8245工作面開(kāi)采時(shí)，采用超前加固支護(hù)、改變巷道支護(hù)、增加采煤機(jī)功率、減小滾筒直徑以及選用合理爆破方案等措施。8245工作面各個(gè)環(huán)節(jié)停工類(lèi)型及時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 極近距煤層8245環(huán)節(jié)停工類(lèi)型及時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)統(tǒng)計(jì)可知，影響8245工作面可靠性的主要因素為輸送機(jī)、采煤機(jī)和破碎機(jī)；次要因素為液壓支架和電氣系統(tǒng)。

對(duì)比8243工作面可知，采取相應(yīng)措施后8245工作面中不存在由于頂板管理降低可靠性。而且，8245工作面設(shè)備的停工時(shí)長(zhǎng)降低約2 714 min。即說(shuō)明，采用文中采煤工藝可大大提升工作面的可靠性。

3 結(jié)語(yǔ)

影響綜采工作面采煤效率的因素眾多，但是不同地質(zhì)、水文條件下其影響的主次各不相同。本文以其礦工作面為研究對(duì)象，得知影響采煤效率的主要因素為頂板支護(hù)、液壓支架和輸送機(jī)的工作效率，其次為采煤機(jī)和破碎機(jī)。采用超前加固支護(hù)、改變巷道支護(hù)、增加采煤機(jī)功率、減小滾筒直徑以及選用合理爆破方案等改進(jìn)措施后，頂板支護(hù)、液壓支架以及輸送機(jī)工作效率對(duì)工作面采煤效率的制約性降低。