大傾角工作面綜采工藝的生產(chǎn)實(shí)踐

葉海濤

（山西省大同市同煤集團(tuán)云岡礦， 山西 大同 037017）

煤炭開采受制于各方面的條件，包括有礦井所在地質(zhì)、水文條件，煤層情況及煤炭種類等。近年來，隨著采煤技術(shù)及綜采設(shè)備自動化水平的不斷提升，我國的采煤效率得到了顯著提升。但是，針對大傾角煤層而言其綜采工藝依然是當(dāng)前研究的問題。盡管大傾角（35°～55°）煤層在我國煤炭儲量僅占17%左右，但是我國西部地區(qū)的煤層50%以上均為大傾角煤層，而且我國煤炭開采重點(diǎn)已經(jīng)向西部偏倚。其次，對于其他容易開采的煤層的儲量已經(jīng)越來越少，為了保證社會對煤炭的需求，急需提升大傾角煤層的開采效率[1]。因此，當(dāng)前急需解決大傾角煤層開采水平遠(yuǎn)低于緩傾斜煤層開采水平的問題。本文針對大傾角煤層開展生產(chǎn)實(shí)踐的研究，為提升大傾角煤層的開采效率積累經(jīng)驗。

1 工程概況

本文所研究的工作面為某礦31990，該工作面的標(biāo)高為地下48～67 m，工作面下部為為開采實(shí)煤體。31990 工作面的走向長度為540 m，傾斜長度平均為80 m，面積為43200 m2，傾角為35°～42°，平均傾角為37°，煤層厚度為4.8 m，煤層的普氏硬度小于0.5，預(yù)估計工業(yè)儲量為296525 萬t，實(shí)際可開采儲量為275768 萬t。

煤層頂板（偽頂、直接頂、老頂）：描述煤層頂板巖石性質(zhì)、層理、節(jié)理、厚度、強(qiáng)度（硬度）、頂板分類等情況及其變化情況。煤層頂?shù)装鍘r層情況如表1所示。

最大涌水量30 m3/h，正常涌水量為0～8 m3/h。瓦斯絕對涌出量為0.429 m3/min，瓦斯相對涌出量為2.65 m3/min，屬于瓦斯礦井。煤塵爆炸指數(shù)：15.33%、煤塵具有爆炸性，自燃傾向性等級：Ⅱ級，易自燃。

表1 31990 工作面煤層頂?shù)装鍘r層情況表

2 采煤工藝的選擇

綜合分析現(xiàn)有采煤技術(shù)及煤層情況，可采用的采煤工藝包括有綜合機(jī)械化放頂采煤工藝和炮采放頂煤工藝。經(jīng)可知有如下情況禁止采用炮采放頂工藝：

1）煤層厚度小于4 m。

2）工作面回采率達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

3）礦井屬于瓦斯礦。

4）礦井工作面水文情況相對復(fù)雜，開采后可能存在透水事故隱患[2]。

經(jīng)研究，該礦31990 工作面的瓦斯絕對涌出量為0.429 m3/min，瓦斯相對涌出量為2.65 m3/min，屬于瓦斯礦井。因此，31990 工作面不適宜采用炮采放頂煤工藝。此外，綜采工藝下的產(chǎn)出比遠(yuǎn)高于炮采工藝。從支護(hù)方面而言，采用綜采工藝可確保液壓支架和煤層頂板底板的接觸面積大，從而提升了支護(hù)的安全性[3]。

總之，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益以及安全性方面對比分析后，31990 工作面采用綜合機(jī)械化放頂采煤工藝，本文對綜采工藝在31990 的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行研究。

3 大傾角工作面的生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 巷道布置

該礦31990 工作面的大傾角煤層部分采用U型鋼支護(hù)方式，其余緩傾斜煤層采用工字鋼梯形支護(hù)方式。其中，U 型鋼支護(hù)方式下的斷面積為10 m2；工字鋼梯形支護(hù)方式下的斷面積為7.3 m2。

3.2 綜采工作面參數(shù)設(shè)計

31990工作面沿傾向布置，且采煤機(jī)的推進(jìn)沿走向推進(jìn)，即采用走向長壁采煤法。大傾角煤層工作面長度為80 m。

根據(jù)當(dāng)前采煤機(jī)的牽引速度為3 m/min，采煤機(jī)的實(shí)際開機(jī)率為0.32。由于采煤機(jī)每刀的循環(huán)進(jìn)度為0.6 m，每天采煤機(jī)滾筒循環(huán)4 刀，即采煤機(jī)每天的循環(huán)進(jìn)度為2.4 m，也就是說采煤機(jī)每天在工作面推進(jìn)的長度為2.4 m。則，采煤機(jī)每月的推進(jìn)長度為72 m。

3.3 綜采設(shè)備的選型

已知31990 煤層工作面的各種條件及所設(shè)計的采煤工藝對該工作面的綜采設(shè)備及其工作方式進(jìn)行選型設(shè)計。

3.3.1 采煤機(jī)的選型

鑒于該工作面的煤層相對穩(wěn)定，故采用采煤雙向割煤的方式對煤層進(jìn)行截割，且采用斜切進(jìn)刀的方式[4]。31990 采煤機(jī)進(jìn)刀過程如圖1 所示。

圖1 31990 采煤機(jī)進(jìn)刀方式

綜合分析，所選采煤機(jī)的型號為MG160/374-WD 電牽引雙滾筒采煤機(jī)。基于該采煤機(jī)的回采流程如下：割煤—移液壓支架—推前部運(yùn)輸機(jī)—放頂煤—移后部刮板運(yùn)輸機(jī)。值得注意的是，液壓支架的移架步距為600 mm，移后部刮板輸送機(jī)時應(yīng)滯后采煤機(jī)10m以上。

3.3.2 刮板輸送機(jī)的選型

根據(jù)刮板輸送機(jī)的關(guān)鍵選型原則，其運(yùn)量為采煤機(jī)割煤量的1.2 倍，而且中雙鏈刮板輸送機(jī)的應(yīng)用效果最佳。因此，31990 工作面所采用的刮板輸送機(jī)的型號為SGZ630/264 可彎曲刮板輸送機(jī)。該刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力為450 t/h，長度為150 m。

3.3.3 液壓支架的選型

液壓支架作為工作面支護(hù)設(shè)備，其直接決定綜采工作面生產(chǎn)的安全性[5]。鑒于31990 工作面頂板的來壓周期不明顯，且具有較大的剪切阻力和移位現(xiàn)象。綜合考慮，31990 工作面所采用的液壓支架類型為支撐掩護(hù)式放頂煤支架。根據(jù)式（1）計算液壓支架的工作阻力：

式中：F 為工作阻力；P 為頂板壓力（支架寬度1.3 m與控頂距4.2m的乘積）；S 為支護(hù)面積；M 為工作面采高，M＝2 m；R 為工作面頂板巖重，R＝25 kN/m3；K為安全系數(shù)，K＝1.3。

經(jīng)計算，液壓支架的工作阻力為1419.6～2839.2 kN。因此，31990 工作面煤層所選用的壓液壓支架型號ZF3200/16/26，該液壓支架可承受的工作阻力為3200 kN。

4 結(jié)語

大傾角煤層作為我國未來煤炭開采的方向，通過優(yōu)化其綜采工藝，進(jìn)而達(dá)到提升其采煤效率和安全性的目的是刻不容緩的。對于大傾角煤層而言，目前應(yīng)用可靠性較高的采煤工藝為綜合機(jī)械化放頂采煤工藝，實(shí)際生產(chǎn)中需根據(jù)礦井水文、地質(zhì)情況以及煤層情況設(shè)計相應(yīng)的采煤工藝并對其綜采設(shè)備進(jìn)行選型，已達(dá)到相互配套，進(jìn)而極大提升采煤效率和安全性的目的。