厚煤層綜放開采工藝及參數(shù)的研究

鄧 飛

（山西焦煤西山煤電有限公司東曲煤礦，山西 太原 030200）

1 概況

東曲礦8818 開采面主采8#煤，煤層厚度在5.2～7.8 m，平均厚度6.8 m，埋深315 m。原開采方式為水平分層開采，工藝較落后，勞動(dòng)強(qiáng)度大，機(jī)械化程度低，且開采效果不佳，嚴(yán)重制約生產(chǎn)效益。為改進(jìn)開采工藝，提升生產(chǎn)效益，針對(duì)該工作面特點(diǎn)，對(duì)其開采工藝進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)。

2 采煤工藝方案

2.1 頂煤冒放性分析

根據(jù)大量礦井開采作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，綜放開采能否更好地實(shí)施，關(guān)鍵在于工作面的頂煤冒放性。煤礦開采中，煤厚、煤層構(gòu)成、開采深度、夾矸層數(shù)、厚度及硬度、裂隙發(fā)育、頂?shù)装鍘r性等都對(duì)頂煤冒放性有影響，因此分析頂煤冒放性需結(jié)合上述因素進(jìn)行[1-2]。圖1 是頂煤受力狀態(tài)圖，該模型可簡化為二維模型如式（1）。

圖1 頂煤受力狀態(tài)圖

式中：γH為原巖應(yīng)力；KγH為圍巖內(nèi)支承壓力最大值；H為煤層賦存深度，m；σ1為第1 主應(yīng)力，MPa；σ3為第2 主應(yīng)力，MPa；Rc為煤體強(qiáng)度，MPa；f為煤內(nèi)摩擦系數(shù)。

取煤的泊松比μ=λ/（1+λ）=0.25，K=3.5，γ=2.3 t/m3，可得：H=0.439Rc/γ。假設(shè)煤體強(qiáng)度不變，需滿足H≥19.1Rc，結(jié)合工作面8#煤的埋深及其煤體強(qiáng)度，可知該條件滿足。進(jìn)而分析采深與抗壓強(qiáng)度、煤頂巖性、采放比等參數(shù)，得冒放性權(quán)重?cái)?shù)據(jù)見表1。

表1 頂煤冒放性影響因素表

由表1 可知，8818 工作面頂煤冒放性：μ= ∑Aiμi≈0.8，由表2 可知8#煤冒放性較好。

表2 頂煤冒放性性能評(píng)價(jià)表

2.2 回采工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）試驗(yàn)開采工作面選擇在8818 工作面的南翼，煤層傾角約為9°，平均煤厚7 m，機(jī)巷標(biāo)高+1386～ +1393 m，風(fēng)巷標(biāo)高+1408～ +1426 m，傾向長150 m。

（2）采用放頂煤開采方式，采煤機(jī)采高增加時(shí)，放煤高度應(yīng)該減少，這樣可提高頂煤冒放性和回收率。但采煤機(jī)采高增加時(shí)，礦山壓力將更為明顯，對(duì)支架性能要求就會(huì)變高[3]。確定采煤機(jī)割煤高度為3 m，放煤高度為4 m，采放比為二者比值。

（3）放煤步距通常是采煤機(jī)滾筒截割深度的整數(shù)倍，采煤機(jī)放煤一般是采一放一、采二放一或者采三放一，本文中采煤機(jī)滾筒截割深度為0.8 m，即步距有0.8 m、1.6 m、2.4 m 三種。通過軟件模擬分析不同情況下相關(guān)開采數(shù)據(jù)見表3?？纱_定放煤步距為0.8 m。

表3 不同放煤方式開采數(shù)據(jù)表

（4）放煤方式的確定實(shí)際上是選擇放煤口開啟的數(shù)量、順序和放煤量，按開口順序分順序和間隔兩種，按放煤次數(shù)又分單輪、多輪和雙輪。本文分別分析了單輪間隔放煤、單輪順序放煤、多輪順序放煤三種放煤方式的放出率，分別為83.2%、78.1%、85.3%，因此確定放煤方式為多輪順序放煤。

2.3 “三機(jī)”選型

（1）采煤機(jī)選型。根據(jù)割煤高度3 m 及工作面其他相關(guān)技術(shù)條件，初步選定采煤機(jī)的滾筒直徑為1.8～2.4 m?？捎?jì)算得最大落煤量為761 t/h，進(jìn)而求出需要的切割功率不小于1100 kW，綜合考慮，選擇滾筒直徑為2 m、切割功率為1200 kW 的采煤機(jī)。

（2）支架選型。支架的選型應(yīng)結(jié)合理論和實(shí)際，支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)足夠支護(hù)冒落頂板巖層和頂煤的重量，計(jì)算結(jié)果為1.10 MPa，因此支架選型設(shè)計(jì)的支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)為1.10 MPa，高度在1.8～3.5 m 范圍內(nèi)[4-5]。

（3）刮板運(yùn)輸機(jī)選型。刮板運(yùn)輸機(jī)的選擇包括兩部分：前、后刮板運(yùn)輸機(jī)。前刮板運(yùn)輸機(jī)需滿足運(yùn)煤能力大于最大割煤能力并有足夠的余量，確定前刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸量為1800 t/h。后刮板運(yùn)輸機(jī)主要作用是拉運(yùn)放頂煤，可計(jì)算出最小運(yùn)輸能力為782 t/h，最終設(shè)計(jì)后刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸量為2000 t/h。

3 效果

經(jīng)采煤工藝設(shè)計(jì)，確定方案為采高3 m，一采一放，放煤步距0.8 m，多輪順序放煤。選擇適宜的配套“三機(jī)”。在8818 開采面試驗(yàn)開采，工作面日產(chǎn)萬噸以上，較之前有很大提升。