綜采工作面采煤參數(shù)及采煤工藝的優(yōu)化

劉鑫志

（同煤集團(tuán)臨汾宏大豁口煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000）

對(duì)于煤礦企業(yè)而言，主要關(guān)注的問題為如何在保證綜采工作面安全生產(chǎn)的前提下，最大限度的提升工作面煤炭的開采率，提升所采出煤炭的質(zhì)量。經(jīng)研究可知，決定上述問題的關(guān)鍵因素為工作面對(duì)應(yīng)的采煤工藝和采煤參數(shù)[1]。因此，在實(shí)際煤炭開采過程中需根據(jù)工作面的地質(zhì)、煤層等相關(guān)條件對(duì)采煤參數(shù)及采煤工藝進(jìn)行優(yōu)化選取。本文將以某礦4501工作面為例對(duì)其采煤參數(shù)和工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1 工程概況

某礦設(shè)計(jì)的開采能力為6 Mt/a，目前可供開采的煤層包括有1號(hào)、3號(hào)、9號(hào)以及12號(hào)煤層。本文以3號(hào)所屬的4501工作面為例對(duì)其開采參數(shù)和工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。4501工作面的走向長(zhǎng)度為有1 460 m，其中傾斜工作面的長(zhǎng)度包括有245 m；其中，4501工作面煤層的最大傾角為45°，最小傾角為23°，煤層平均傾角為30°。目前，3號(hào)煤層4501工作面所采用的開采方式為放頂煤開采，對(duì)應(yīng)的頂板管理方式為全部垮落法。經(jīng)探測(cè)可知，4501工作面的頂?shù)装迩闆r如表1所示。

表1 4501工作面3號(hào)煤層工作面頂?shù)装迩闆r

2 采煤參數(shù)及工藝參數(shù)的優(yōu)化

對(duì)于放頂煤開采方式而言，其關(guān)鍵采煤參數(shù)及對(duì)應(yīng)工藝參數(shù)包括有頂煤的放煤高度、放煤步距以及放煤方式等。因此，本文將對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 放煤高度的優(yōu)化確定

放煤高度與工作面所選型采煤機(jī)的采煤高度相關(guān)。從理論上講，在放頂開采方式下所選取的放煤高度和采煤高度的和為工作面煤層的平均厚度[2]。因此，對(duì)指定的工作面煤層而言，采煤高度的最優(yōu)確定即可得到最佳放煤高度。

一般情況下，采高與工作面的通風(fēng)情況存在一定的關(guān)系，二者之間的關(guān)系如式（1）所示。

式中:Hg為采煤參數(shù)的采高；Qf為綜采工作面當(dāng)前通風(fēng)設(shè)備的供風(fēng)量，取Qf=21 m3/s；Bz為綜采工作面所配置液壓支架的最小長(zhǎng)度，Bz=4.5 m；Vf，max為工作面的風(fēng)速，一般取Vf，max=2.5-3.0 m/s；為根據(jù)工作面圍巖及設(shè)備情況所確定的過風(fēng)斷面系數(shù)，取φ=0.6。

將上述參數(shù)代入式（1）計(jì)算可得，4501工作面3號(hào)煤層對(duì)應(yīng)的最佳采煤高度為2.8-3.1 m。結(jié)合該礦當(dāng)前所選型液壓支架的具體型號(hào)，其對(duì)應(yīng)的最高支護(hù)高度為3.2 m。與此同時(shí)，結(jié)合以往工作面采高參數(shù)的選取經(jīng)驗(yàn)和通風(fēng)要求，最終確定4501工作面對(duì)應(yīng)3號(hào)煤層的最佳采煤高度為3 m。

經(jīng)探測(cè)可知，3號(hào)煤層的平均厚度為9.35 m，則對(duì)應(yīng)最佳的放煤高度為9.35 m-3 m=6.35 m。

2.2 放煤步距的優(yōu)化確定

放煤步距指的是，在放頂煤開采中在兩個(gè)采煤循環(huán)之間工作面所推進(jìn)的距離。從理論上講，放煤步距與采煤機(jī)的截割深度相關(guān)，二者具體關(guān)系為放煤步距為采煤機(jī)截割深度的整數(shù)倍。目前，4501工作面3號(hào)煤層采煤機(jī)對(duì)應(yīng)的截割深度為0.8 m。結(jié)合實(shí)際放煤開采中放煤步距與煤層截割深度的比值一般取1倍、2倍以及3倍[3]。因此，本節(jié)對(duì)放煤步距分別為0.8 m、1.6 m以及2.4 m對(duì)應(yīng)的開采效果進(jìn)行對(duì)比分析，最終得出最佳放煤步距。

對(duì)不同放煤步距開采效果好壞的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：在固定循環(huán)數(shù)（15個(gè)循環(huán)）下對(duì)不同放煤步距下煤炭的回收率進(jìn)行對(duì)比，回收率越高則所選取的放煤參數(shù)最優(yōu)。

當(dāng)放煤步距為0.8 m時(shí)，在15個(gè)開采循環(huán)下對(duì)應(yīng)工作面的推進(jìn)距離為15×0.8 m=12 m；根據(jù)采煤機(jī)的采煤高度為3 m，對(duì)應(yīng)的放煤高度為6.35 m。則，可得出當(dāng)放煤步距為0.8 m在15個(gè)開采循環(huán)下所截割出煤炭的理論體積計(jì)算如下：

根據(jù)4501工作面3號(hào)煤層對(duì)應(yīng)煤炭的容重為0.83 t/m3，得出當(dāng)放煤步距為0.8 m在15個(gè)開采循環(huán)下所截割出煤炭的理論質(zhì)量為189.738 t。

經(jīng)在工作面實(shí)際生產(chǎn)采用放煤步距為0.8 m開采時(shí)，對(duì)應(yīng)實(shí)際煤炭放出量為161.28t。則，當(dāng)放煤步距為0.8 m時(shí)，對(duì)應(yīng)煤炭回收率為161.28 t/189.738 t=85%。

同理，分別對(duì)放煤步距為1.6 m和2.4 m時(shí)對(duì)應(yīng)煤炭采出率進(jìn)行計(jì)算。

綜上所述，得出不同放煤步距下在15個(gè)采煤循環(huán)下工作面煤炭的回收率如表2所示。

表2 不同放煤步距對(duì)應(yīng)回收率對(duì)比

綜上所述，3號(hào)煤層對(duì)應(yīng)的最佳放煤步距為0.8 m。

2.3 放煤方式的優(yōu)化確定

對(duì)于放頂煤開采方式而言，除了放煤步距、放煤高度兩個(gè)參數(shù)外，另一個(gè)影響煤炭開采的重要因素為所采用的放煤方式[4]。經(jīng)理論研究可知，不同放煤方式所得煤炭中含矸率不同。因此，本節(jié)將對(duì)不同放煤方式下的含矸率進(jìn)行對(duì)比，所對(duì)比的放煤方式包括有單輪順序放煤、單輪間隔放煤、雙輪順序放煤以及雙輪間隔放煤[5]。不同放煤方式下對(duì)應(yīng)的含矸率如表3所示。

表3 不同放煤方式下含矸率對(duì)比

綜上所述，確定的最佳放煤方式為雙輪順序放煤。

3 結(jié)論

綜采工作面煤炭開采回采率和含矸率為煤礦企業(yè)關(guān)注的兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，而這兩項(xiàng)指標(biāo)與工作面所采用的采煤參數(shù)及對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)相關(guān)。因此，需根據(jù)綜采工作面的地質(zhì)、煤層等條件對(duì)采煤參數(shù)及工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化確定。本文以4501工作面為例分析對(duì)其放頂煤開采方式下對(duì)應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化確定，具體總結(jié)如下：

1）基于最佳采高得出對(duì)應(yīng)放頂煤的最佳放煤高度為6.35 m。

2）對(duì)不同放煤步距對(duì)應(yīng)工作面煤炭回收率分析得出最佳放煤步距為0.8 m，且對(duì)應(yīng)回收率為85%。

3）對(duì)不同放煤方式下對(duì)應(yīng)煤炭含矸率進(jìn)行分析得出最佳放煤方式為雙輪順序放煤，且對(duì)應(yīng)含矸率為5.18%。