大采高綜采工作面主要參數(shù)的選擇分析

崔聯(lián)兵

(山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西長治047100）

我國煤炭資源儲量豐富，同時也作為我國的經(jīng)濟(jì)支柱，在未來的很長一段時間內(nèi)煤炭將依然是我國最重要的能源。隨著煤炭開采技術(shù)水平的提高以及對煤炭安全高效開采認(rèn)識的提升，井下工作面布置長度以及推進(jìn)長度也愈來愈大，煤炭開采效率也日益提高[1-2]。對于不同的礦井，煤層的地質(zhì)賦存條件也不同，在進(jìn)行設(shè)計工作面的布置長度和推進(jìn)長度等參數(shù)時需要綜合考慮諸多因素。本文以某礦大采高工作面為背景，對工作面傾向長度以及推進(jìn)長度等主要參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計分析，從而為該礦后續(xù)的生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。

1 工程概況

該礦井2號煤層埋深較淺，厚度在4.81～7.63m之間，平均為6m；工作面沿走向方向布置，在開切眼方向煤層傾角最大為19°，走向方向煤層傾角在6°～15°之間。局部煤層有極薄的偽頂，厚度最大為0.11m，巖性為泥巖，有較強的吸水性；直接頂巖層以細(xì)粒砂巖為主，局部含有粉砂巖，表現(xiàn)為細(xì)粒砂巖和粉砂巖互層，有一定的穩(wěn)定性，厚度較大，平均為8.45m；基本頂巖層以粗粒砂巖為主，完整性較低，穩(wěn)定性較差，平均厚度達(dá)到了20m。煤層直接底主要是粉砂巖，遇水容易膨脹，平均厚度為11m。據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果顯示，工作面開采過程中會遇到一些小型斷層等地質(zhì)構(gòu)造。本文以此地質(zhì)條件為背景，分析確定了該煤層首采工作面的主要參數(shù)，從而為后續(xù)工作面的接替以及礦井的安全高效生產(chǎn)提供一定的依據(jù)。

2 首采面推進(jìn)長度分析

工作面推進(jìn)長度受煤層實際賦存情況以及采掘設(shè)備過煤量的影響較大，據(jù)不完全統(tǒng)計，一些先進(jìn)設(shè)備的過煤量超過了10Mt。由于大多數(shù)工作面都是沿走向布置，故工作面的推進(jìn)長度也為走向長度。確定工作面合理的推進(jìn)長度有2個方面的原因：

（1）工作面搬家次數(shù)隨著推進(jìn)長度的減小而增多，同時增加了搬家成本。

（2）當(dāng)工作面推進(jìn)長度較大時，工作面兩側(cè)回采巷道的維護(hù)成本增加，煤炭以及其他材料設(shè)備的運輸成本增大；同時對于自燃發(fā)火問題嚴(yán)重的煤體，過大的推進(jìn)長度增大了煤炭自燃的可能性，不利于工作面的安全生產(chǎn)。

通常情況下，工作面合理的走向長度應(yīng)該以回采期一年為宜。迄今為止，在美國礦井工作面布置的走向長度最大超過了5300m，我國大柳塔煤礦工作面布置的走向長度更是達(dá)到了6000m[3]。本文所研究礦井2號煤層的首采工作面煤層結(jié)構(gòu)簡單，賦存穩(wěn)定，但開采過程中容易遇到斷層等構(gòu)造，故工作面的安全開采受斷層的影響較大，則判定首采工作面布置的走向長度最大為2000m。

3 首采面長度分析

布置合理的首采工作面長度同樣是保證礦井安全高效生產(chǎn)的重要前提。對于本礦井來說，首采工作面的長度也是傾向長度。在一定區(qū)域內(nèi)加大工作面的傾向長度能夠減少準(zhǔn)備工程量，提高煤炭采出率，減少端頭進(jìn)刀等輔助作業(yè)時長，從而提高煤炭的開采效率；但是如果工作面傾向長度較大，則工作面開采過程中采空區(qū)范圍較大，圍巖可自由運移的空間大，頂板管理以及煤壁穩(wěn)定性防治的難度提高，而且還會使得工作面推進(jìn)速率降低，增大了煤炭自燃的可能性，反而不利于煤炭資源的采出率。

工作面的傾向長度受煤層地質(zhì)賦存條件以及刮板輸送機(jī)長度的影響較為明顯。新型的刮板輸送機(jī)輸送能力達(dá)到了4000t/h，長度為400m，從而為延長工作面的傾向長度提供了一定的基礎(chǔ)。根據(jù)國內(nèi)外諸多礦井工作面高產(chǎn)高效生產(chǎn)的經(jīng)驗得到：工作面傾向長度一般為150～400m，例如[4]美國等發(fā)達(dá)國家傾向長度多數(shù)選擇在280～400m，而我國面長多選擇在180～350m，補連塔煤礦大采高綜采工作面布置的傾向長度為300m，對于大多數(shù)大采高工作面而言為超長工作面，榆家梁礦某工作面布置的傾向長度達(dá)到了408m。由此判斷本礦井2號煤層首采工作面的傾向長度小于400m從理論上是可行的。

2號煤層傾角在6°～15°之間，為傾斜煤層。如果工作面布置的傾向長度過大，則工作面上端頭和下端頭之間的高差較為明顯，刮板輸送機(jī)容易發(fā)生下竄，從而對2個端頭之間的聯(lián)系造成不利影響。另一方面，對于傾斜工作面，工作面走向長度過大，則會影響采煤機(jī)的割煤速率以及液壓支架支撐頂板穩(wěn)定性的能力，引起更為復(fù)雜的礦壓現(xiàn)象，增大煤壁發(fā)生片幫失穩(wěn)的可能性，增大工作面的安全管理難度。工作面傾向長度不同時對一些相關(guān)參數(shù)的影響如表1所示。

表1 工作面走向長度相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計表

由表1可知，區(qū)段煤柱損失量隨著工作面走向長度的增加而減少，同時采煤機(jī)割煤速率也在減慢。工作面過慢的推進(jìn)速率不利于采場煤壁片幫失穩(wěn)的防治，而走向長度在400m以上時，割煤速率低于10m/s，煤壁容易發(fā)生片幫。另一方面，當(dāng)走向長度小于250m/s時，割煤速率高于13.5m/s，很顯然割煤速率過快，幾乎是不可實現(xiàn)的。榆家梁礦某工作面布置的傾向長度達(dá)到了408m，為目前國內(nèi)傾向長度最大的工作面，該礦井同時也對不同傾向長度的合理性進(jìn)行過分析，結(jié)果顯示，礦井經(jīng)濟(jì)效益隨著工作面面長的增加而增大，但當(dāng)傾向長度超過360m時，效益提升水平一般。榆家梁礦該工作面采高為3.5m，傾角較小，最大僅為6°；而本礦井2號煤層首采工作面煤層厚度較大，最大達(dá)到了7.63m，煤層傾角也較大，最大為15°；則對比可以發(fā)現(xiàn)本次所研究的工作面地質(zhì)賦存條件更為復(fù)雜，所布置的工作面傾向長度不應(yīng)超過360m；故得到布置工作面傾向長度應(yīng)在250～360m。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，在我國開采高度超過5m的大采高工作面的傾向長度一般在300m之下，此類工作面煤層傾角也不超過9°，故綜合考慮確定本礦井2號煤層首采工作面的傾向長度為300m。

4 結(jié)束語

確定工作面合理的走向長度和傾向長度是保證礦井安全高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)。本文以某礦2號煤層首采工作面為據(jù)，通過對比論證以及統(tǒng)計分析等方法進(jìn)行了研究，認(rèn)為該工作面推進(jìn)長度應(yīng)不超過2000m，傾向長度應(yīng)保持在250～360m之間，最終確定傾向長度為300m，相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果和認(rèn)證方法對于其它礦井工作面的布置提供一定的借鑒意義。

[1]郭保華，等.淺談我國大采高綜采技術(shù)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2003,30(2).

[2]宋振騏.實用礦山壓力控制[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1988.

[3]王金華.我國大采高綜采技術(shù)與裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].煤礦科技技術(shù),2006,34(1).

[4]張建華.清水營煤礦大傾角厚煤層大采高開采技術(shù)研究[D].西安科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文，2010.