大采高綜合機械化采煤工藝技術(shù)分析與探究

譚躍明

摘 要：對于大采高綜合機械化采煤工藝技術(shù)非常復(fù)雜且影響因素眾多，這就要求在選取工藝的時候根據(jù)煤層的實際情況和特點，合理地選擇相匹配的工藝，才能使大采高綜采發(fā)揮出最大的穩(wěn)定性和高開采率?；诖吮疚氖紫确治隽舜蟛筛呔C采的基本特征與難點，然后對大采高采煤工藝的設(shè)備選型、煤柱優(yōu)化、末采控制以及快速回撤這幾個方面進行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：大采高綜采；機械化；采煤工藝技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.075

0 引言

近年來，我國煤炭開采技術(shù)及裝備取得了重大進步，推動了煤礦安全、高效、綠色開采技術(shù)的發(fā)展，建成了一大批綜合機械化和高度自動化的現(xiàn)代化礦井，生產(chǎn)效率、安全指標(biāo)和煤炭產(chǎn)量大幅度提高。

1 工程案例

某礦主要開采8-9#煤，煤層厚度平均為8.5m，采用低位放頂煤技術(shù)開采，初步擬定采煤機割煤高度為4.0m，放煤高度為4.5m，采放比為1：1.125，屬于大采高綜放開采。

2 綜放工作面開采設(shè)備選型

（1）液壓支架選型。液壓支架的合理選型是保障工作面安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而支架選型的重點就在于工作阻力的確定。對于綜放開采，液壓支架所承受載荷應(yīng)為頂板冒落巖層質(zhì)量和頂煤自重之和，再考慮一定動載系數(shù)。支架高度主要與采煤機的割煤高度，針對該礦實際地質(zhì)條件，煤層厚度為8.5m，最大割煤高度為4.0m，最小割煤高度為3.2m，則經(jīng)過公式計算可得支架最大高度為4.2m，最小高度為3.1m。

根據(jù)前面的計算結(jié)果，選定ZFY10200/25/42型掩護式支架，其具體支護參數(shù)如表1所示。

（2）采煤機選型。一般來講，采煤機滾筒直徑應(yīng)為最大采高的0.55～0.6倍，由前面的分析可知，工作面最大割煤高度為4.0m，則采煤機滾筒直徑應(yīng)為2.2～2.4m，考慮工作面靠近皮帶機一端需適當(dāng)增大挖底量，因此，確定采煤機的滾筒直徑為2.5m。

采煤機的機面高度應(yīng)與液壓支架最小高度存在一定余量空間，以適應(yīng)煤層的起伏變化，其主要參數(shù)如表2所示。由表2可以看出，該型采煤機基本參數(shù)完全滿足礦井需求。

3 煤柱優(yōu)化設(shè)計

（1）模型建立。以接替的13208工作面為背景，工作面留設(shè)煤柱尺寸為30m，工作面傾向長度325m?？紤]8#、9#煤層綜采工作面交叉布置所導(dǎo)致的群采效應(yīng)影響，在模擬數(shù)值計算中過程中分別在13208工作面上部布置12104和12105兩個綜采工作面。為驗證8#煤層回采工作面留設(shè)煤柱的合理寬度，在巷道布置和工作面長度不改變的情況下，分為三種計算方案：①回采工作面區(qū)段留設(shè)煤柱寬度30m；②回采工作面區(qū)段煤柱留設(shè)寬度25m；③回采工作面留設(shè)煤柱寬度20m。

（2）工作面留設(shè)煤柱合理寬度模擬分析。為了確定合理的工作面區(qū)段煤柱尺寸，以斜溝礦煤巖體地質(zhì)力學(xué)參數(shù)為基礎(chǔ)，進行模擬計算，在巷道采掘過程中，采區(qū)開挖和頂板垮落回填，到巷道達到安全穩(wěn)定。

在開采過程中，對回采工作面留設(shè)不同寬度煤柱的彈塑性變形進行模擬分析，可以得出：留設(shè)煤柱寬度為30m，回采工作面塑性區(qū)寬度4m，巷道側(cè)塑性區(qū)寬度3m，煤柱的彈性區(qū)為15.3m；留設(shè)煤柱寬度25m，采空區(qū)側(cè)塑性區(qū)寬度3m，巷道側(cè)塑性區(qū)寬度2.5m，煤柱的彈性區(qū)為10.5m；留設(shè)煤柱寬度20m，采空區(qū)側(cè)塑性區(qū)寬度2.9m，巷道側(cè)塑性區(qū)寬度3m，彈性區(qū)為9.5m，達不到煤柱安全承載標(biāo)準。

（3）煤柱寬度的理論計算。為保證留設(shè)煤柱強度和剛度，應(yīng)對煤柱所受的圍巖應(yīng)力進行研究。采動后，回采工作面煤柱兩側(cè)會形成彈塑性變形區(qū)，煤柱中央處于彈性應(yīng)力狀態(tài)。煤柱保持在合理的彈塑性變形范圍內(nèi)，才能保證留設(shè)煤柱的安全穩(wěn)定性。

實測8#煤層單軸抗壓強度為19.8MPa，當(dāng)留設(shè)煤柱寬度為30m時，煤柱所承載的平均載荷低；當(dāng)留設(shè)煤柱寬度為20m時，煤柱所承載的平均載荷高，大于煤柱的單軸抗壓強度，煤柱處于不穩(wěn)定狀態(tài)，所以當(dāng)留設(shè)的煤柱寬度為25m時較合理。

4 綜采工作面末采控制技術(shù)

（1）工作面礦壓監(jiān)測工作應(yīng)貫穿整個回采過程中，掌握工作面初次來壓及周期來壓規(guī)律，統(tǒng)計出周期來壓步距、峰值位置、來壓強度、來壓范圍等參數(shù)，并指導(dǎo)安全生產(chǎn)。（2）工作面回采至距貫通點50m位置，開始調(diào)整工作面兩巷進尺，隨時掌握工作面推進度，控制末采時礦壓顯現(xiàn)，保證工作面上網(wǎng)范圍內(nèi)避開周期來壓。（3）距主回撤通道13～15m（依據(jù)周期來壓顯現(xiàn)情況確定），開始做末采準備工作，工作面兩頭進尺調(diào)整一致，并調(diào)整采高，確保工作面頂板平整，嚴禁出現(xiàn)臺階。（4）末采貫通，連頂網(wǎng)、清理浮煤，當(dāng)工作面輸送機推進到主回撤通道，支架前梁和主回撤通道W鋼帶搭接，末采結(jié)束。（5）工作面進行設(shè)備回撤。

5 回撤方案優(yōu)化

為提高工作面回撤效率，決定取消工作面主回微通道，在工作面中部垂直施工一條輔助回撤通道并與采區(qū)運輸大巷直接貫通。

（1）當(dāng)工作面回采同樣逐漸降低采高，回采距貫通點50m時工作面回采高度控制在4.0m內(nèi)，同時在支架前探梁前方0.3m處頂板鋪設(shè)金屬網(wǎng)及一排錨索鋼梁，鋼梁長度為3.5m，每根鋼梁采用兩根長度為5.3m錨索進行起吊，鋼梁平行工作面布置。隨著工作面逐漸推移，每推進3m施工一排錨索鋼梁并鋪網(wǎng)。（2）當(dāng)工作面推進距主回撤通道13～15m停止移架，采煤機繼續(xù)割煤至停果線，此時工作面空頂距為1.0m，在空頂處及時施工一排錨索鋼梁。（3）工作面支架到位后，在工作面中間位置沿煤柱施工一條輔助回撤通道，輔助回撤通道長度為80m，到位后直接與采區(qū)軌道大巷貫通。

6 結(jié)束語

總之，我國的煤炭開采工作與西方國家相比還存在很多問題，因此，有必要加大對于采煤工藝的投入和研究，了解采煤工藝的適用條件，排除安全隱患，保障煤炭開采的高效和安全。

參考文獻：

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