厚煤層綜合采煤工藝參數(shù)及應(yīng)用效果分析

郝 震

（山西華陽集團新能股份有限公司一礦，山西 陽泉 045000）

引言

當(dāng)前，綜采工作面所配置采煤機、刮板輸送機、帶式輸送機等大型綜采設(shè)備的自動化水平已經(jīng)達(dá)到先進(jìn)水平；為進(jìn)一步提升綜采工作面煤層的開采效率和回采率，需為其配置最佳、最有效、最合理的采煤工藝參數(shù)保證綜采設(shè)備能夠充分發(fā)揮其性能。尤其是對于厚煤層開采而言，在此方面開采的經(jīng)驗相對匱乏，對應(yīng)的技術(shù)水平偏低[1]。因此，本文重點以工程實例對厚煤層綜采工作面的采煤工藝參數(shù)進(jìn)行研究，并對最終的應(yīng)用效果進(jìn)行評價。

1 工程概況

以16#煤層所屬工作面為例開展研究，該工作面煤層的厚度范圍為1.67 m～10.51 m，工作面煤層的平均厚度為8.5 m；工作面煤層的普遍傾角范圍為15°～25°，局部工作面煤層的傾角范圍為32°～35°；該工作面的走向長度為1 768 m，其中傾斜工作面的長度為310 m；煤炭的硬度為1.5，屬于軟煤層。16#煤層所屬工作面的地質(zhì)條件，如表1 所示。

表1 16#煤層所屬工作面地質(zhì)條件

經(jīng)探測，16#煤層所屬工作面的最大涌水量可達(dá)315 m3/h，在正常情況下的涌水量為210 m3/h；瓦斯絕對涌出量為0 m3/min，瓦斯的相對涌出量為0 m3/t，屬于低瓦斯礦井。

2 厚煤層開采工藝的選擇

結(jié)合16#煤層所屬工作面地質(zhì)、水文以及頂?shù)装鍡l件和煤層的情況，可采用的開采工藝包括有大采高一次采全后綜采工藝、放頂煤開采工藝以及分層開采工藝[2]。本節(jié)重點對上述三種開采工藝在16#煤層開采應(yīng)用的可行性進(jìn)行分析。

2.1 分層開采工藝應(yīng)用的可行性分析

優(yōu)勢分析：分層開采工藝在16#煤層開采中應(yīng)用便于對采掘設(shè)備選擇且便于對生產(chǎn)進(jìn)行管理；有利于綜采工作面搬面搬家等操作；便于對工作面頂板進(jìn)行管理，對應(yīng)的采高在2 m～3.5 m 之間最合適；煤炭開采率預(yù)計最高可達(dá)到97%，且煤炭質(zhì)量較高，含矸率低。

劣勢分析：分層開采工藝在16#美岑應(yīng)用對應(yīng)的開采成本投入較大，對應(yīng)的維修費用偏高；工作面搬面搬家的次數(shù)多，開采效率偏低；由于16#煤層的頂板為砂紙泥巖，在上層開采時容易發(fā)生冒頂事故，開采下層時對頂板和巷道管理困難；在過斷層開采時難度非常大；在上分層開采時極易發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，需留設(shè)一定的美珠保證對頂板的支撐[3]。

綜上所述，分層開采工藝在16#煤層應(yīng)用從技術(shù)層面上分析是不可行。

2.2 大采高一次采全厚工藝應(yīng)用的可行性分析

優(yōu)勢分析：大采高一次采全厚工藝與分層開采工藝相比機油更高的煤炭采出率、開采過程中消耗的材料少、工作面巷道掘進(jìn)的工程量較小、對應(yīng)巷道的布置簡單。

劣勢分析：采用大采高一次采全厚開采工藝時，由于工作面煤壁的拉伸狀態(tài)被破壞，從而導(dǎo)致煤層工作面頂板出現(xiàn)嚴(yán)重冒頂和片幫事故；采用大采高一次采全厚開采工藝對應(yīng)的煤炭回收率非常低[4]。

綜上所述，大采高一次采全厚開采工藝在16#煤層應(yīng)用從技術(shù)層面上分析是不可行。

2.3 放頂煤開采工藝應(yīng)用的可行性分析

放頂煤開采工藝可具體分為水平分段綜放工藝和走向長壁整層綜放工藝，兩類綜放開采工藝在16#煤層工作面應(yīng)用的優(yōu)劣勢對比如，如下頁表2 所示。

表2 不同放頂煤開采工藝的優(yōu)劣勢對比

綜合對比上述兩類放頂煤開采工藝，針對16#煤層綜采工作面應(yīng)采用長壁整層綜放開采工藝實現(xiàn)對煤層的高效、集中化生產(chǎn)。

3 采煤工藝參數(shù)的確定及效果評價

本節(jié)基于FLAC3D 軟件通過數(shù)值模擬手段對不同采煤工藝參數(shù)的效果進(jìn)行理論評價，并對最終確定采煤工藝參數(shù)在實際生產(chǎn)中應(yīng)用效果進(jìn)行評估。

3.1 采煤工藝參數(shù)的確定

影響最終生產(chǎn)效果的采煤工藝參數(shù)主要包括有放煤步距、控頂距和采高。本小節(jié)基于FLAC3D 軟件建立數(shù)值模擬模型，對放煤步距為0.6 m、1.2 m、1.8 m；控頂距為3.9 m、4.5 m、5.1 m、5.7 m；采高為2.4 m、2.6 m、2.8 m、3.0 m 參數(shù)，采用正交試驗的方式，最終從理論層面確定最佳采煤工藝參數(shù)。上述工藝參數(shù)所確定的采煤工藝方案，如表3 所示。

表3 采煤工藝方案

不同采煤工藝方案對應(yīng)工作面圍巖的響應(yīng)程度和開采效率對比，如表4 所示。

表4 不同采煤工藝方案對應(yīng)理論開采效果

綜合對比不同開采工藝方案下頂煤的破碎系數(shù)、頂板最大下沉量和最大水平位移，本工程對應(yīng)的最佳開采方案為方案二，對應(yīng)的工藝參數(shù)為：放煤步距為0.6 m，采高為2.6 m，控頂距為5.1 m。

3.2 應(yīng)用效果評價

將方案二開采工藝參數(shù)應(yīng)用于16#煤層的開采中，對應(yīng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

16#煤層工作面的在僅6 個月的開采中累計產(chǎn)量為722 741 t，平均每天產(chǎn)量可達(dá)4 714.9 t。其中，頂煤的回收率最高可達(dá)91.06%，最大回采率為93.36%。

4 結(jié)語

綜采工作面的開采效率、煤炭回收率等不僅與工作面所配置綜采設(shè)備的自動化、智能化水平相關(guān)；而且與綜采工作面所采用采煤工藝參數(shù)相關(guān)[5]。本文以16#煤層的開采研究，為其工作面選用采用長壁整層綜放開采工藝，且具體開采工藝參數(shù)為：放煤步距為0.6 m，采高為2.6 m，控頂距為5.1 m。經(jīng)實踐生產(chǎn)可知，基于所設(shè)計長壁整層綜放開采工藝頂煤的回收率最高可達(dá)91.06%，最大回采率為93.36%。