厚煤層綜放適宜截割采高的研究

梁國紅

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉圣公司坡底煤業(yè)，山西 晉城 048006）

厚煤層綜放開采時(shí)直接切割煤體部分的煤炭資源回收率要遠(yuǎn)高于放頂煤部分的煤炭資源回收率[1]。本文針對(duì)N2105工作面適當(dāng)?shù)脑黾又苯忧懈蠲后w部分高度進(jìn)行了研究，分別針對(duì)破、運(yùn)煤運(yùn)輸系統(tǒng)、液壓支護(hù)系統(tǒng)、排頭和排尾支護(hù)系統(tǒng)以及工程經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行了分析，進(jìn)而為具有類似地質(zhì)條件的礦井生產(chǎn)工藝變更提供參考依據(jù)。

1 概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉圣公司坡底煤業(yè)目前正在開采N2105綜放工作面，該綜放工作面沿傾向?qū)挒?10 m，沿走向長為1150 m，工作面主采3#煤層平均厚度為6.2 m，平均傾角為5°，屬于近水平厚煤層。目前N2105綜放工作面采煤機(jī)直接割煤高度為3.2 m，放頂煤厚度為3 m，采放比接近1:1。N2105綜放工作面的平面布置情況如圖1。

圖1 N2105綜放工作面平面布置圖

2 不同采高可行性分析

2.1 可行性分析

N2105綜放工作面所采用的液壓支架為：作業(yè)面內(nèi)排頭和排尾選用ZFG7200/20/36型液壓支架，排頭和排尾各布置3組；作業(yè)面選用ZF7000/19.5/38型液壓支架，共布置194組支架。N2105綜放工作面回采期間，采煤機(jī)直接切割煤體部分的煤炭資源回收率達(dá)98%，而放頂煤部分的煤炭資源回收率僅為85%[2]。因此從提高煤炭資源回收率的角度考慮，適當(dāng)?shù)卦黾又苯忧懈蠲后w部分的高度，相應(yīng)地減小放頂煤部分的高度，能夠有效地提高N2105工作面的煤炭資源回收率。同時(shí)，適當(dāng)?shù)卦黾又苯忧懈蠲后w部分的高度意味著將進(jìn)一步增大工作面通風(fēng)面積，有益于工作面內(nèi)瓦斯的排放，降低工作面內(nèi)瓦斯積聚的可能性[3]。

2.2 破、運(yùn)煤運(yùn)輸系統(tǒng)適應(yīng)性分析

上述從煤炭資源回收率以及瓦斯治理的角度分析可知，適當(dāng)?shù)卦黾又苯忧懈蠲后w部分的高度對(duì)于二者均是有益的，但工作面內(nèi)煤炭資源的開采還涉及到相應(yīng)的破、運(yùn)煤流程，因此有必要針對(duì)這一運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致分析。

N2105綜放工作面內(nèi)所配套的雙滾筒采煤機(jī)型號(hào)為MGTY400/930-3.3D，其具體配套參數(shù)為：滾筒直徑為1.8 m，裝機(jī)功率為930 kW，電機(jī)功率為2×700 kW；刮板輸送機(jī)選型為SGZ-960/1400，鏈速為1.2 m/s，最大運(yùn)輸能力為1800 t/h。基于上述運(yùn)輸系統(tǒng)參數(shù)可知，當(dāng)適當(dāng)?shù)卦黾又苯忧懈蠲后w部分的高度為3.5 m時(shí)，根據(jù)公式（1）可計(jì)算得到工作面內(nèi)雙滾筒采煤機(jī)每小時(shí)的破煤能力M1[4]：

M1=V·L·H1·ρ煤·60 （1）

式中：V表示采煤機(jī)在破煤期間的運(yùn)行速度，m/s；L表示采煤機(jī)破煤期間的割煤深度，取0.8 m；H1表示采煤機(jī)破煤期間的割煤高度，取3.5 m；ρ煤表示N2105綜放工作面內(nèi)主采3#煤層的平均容重，取值1.39 t/m3。

同理，根據(jù)公式（2）可計(jì)算得到工作面內(nèi)每小時(shí)的放煤能力M2：

M2=V·L·H2·ρ煤·60 （2）

式中：H2表示采煤機(jī)破煤期間的割煤高度，取值6.2-H1=2.7 m。

結(jié)合公式（1）和（2）可知，在不同的采煤機(jī)運(yùn)行速度V條件下，工作面內(nèi)每小時(shí)的破煤能力M1和放煤能力M2情況如圖2。

由圖2可知，考慮到原切割煤體高度條件下采煤機(jī)的運(yùn)行速度為3 m/s，可以得到采煤機(jī)運(yùn)行速度由3 m/s增大至5 m/s時(shí)對(duì)應(yīng)的工作面內(nèi)破煤和放煤能力變化情況?；诠伟遢斔蜋C(jī)的最大運(yùn)輸能力為1800 t/h，可知采煤機(jī)運(yùn)行速度最大為4.3 m/s，即在適當(dāng)增加直接切割煤體部分的高度后，采煤機(jī)運(yùn)行速度可在3～4.3 m/s范圍內(nèi)變動(dòng)。

圖2 不同采煤機(jī)運(yùn)行速度下工作面煤炭產(chǎn)能

2.3 液壓支護(hù)系統(tǒng)適應(yīng)性分析

當(dāng)適當(dāng)?shù)卦黾又苯忧懈蠲后w部分的高度至3.5 m后，工作面內(nèi)采場(chǎng)礦壓強(qiáng)度P可由公式（3）計(jì)算得知[5]：

P=g·n·H1·γ覆/1000 （3）

式中：g表示重力加速度，取值為9.8 m/s2；n表示載荷系數(shù)，取值8；γ覆表示覆巖的平均容重，取值2500 kg/m3。

公式（3）可知當(dāng)直接切割煤體部分的高度增至3.5 m后，工作面內(nèi)采場(chǎng)礦壓強(qiáng)度P=686 kN/m3?？紤]到工作面內(nèi)所選用ZF7000/19.5/38型液壓支架的工作阻力為921 kN/m3，可見適當(dāng)?shù)卦黾又苯忧懈蠲后w部分的高度至3.5 m后工作面內(nèi)的液壓支架依舊能夠滿足承載要求。

2.4 排頭和排尾支護(hù)系統(tǒng)適應(yīng)性分析

將直接切割煤體部分高度由3.2 m增至3.5 m后，端頭部分平巷與工作面的剖面位置關(guān)系如圖3。

由圖3（a）可知，在原有切割煤體高度條件下，端頭位置的平巷（例如膠帶順槽）頂煤與工作面頂煤處于同一水平高度，能夠形成統(tǒng)一的整體，進(jìn)而便于支護(hù)管理而不會(huì)發(fā)生頂板冒落等事故。由圖3（b）可知，當(dāng)直接切割煤體部分的高度由3.2 m增大至3.5 m后，由于端頭位置的膠帶順槽頂煤與工作面頂煤不處于同一水平高度，存在一定的高度差，此時(shí)如果不針對(duì)兩者銜接部分采取過渡措施，則極易導(dǎo)致兩者銜接部分頂煤破碎而發(fā)生頂板冒落等事故。由圖3（c）可知，當(dāng)直接切割煤體部分的高度由3.2 m增大至3.5 m后，由于端頭位置的膠帶順槽頂煤與工作面頂煤不處于同一水平高度，存在一定的高度差，此時(shí)針對(duì)兩者銜接部分采取過渡措施，使得兩者銜接部分能夠較為完整地形成統(tǒng)一的整體，進(jìn)而便于支護(hù)管理而不易發(fā)生頂板冒落等事故。對(duì)于膠帶順槽頂煤與工作面頂煤銜接部分，可以通過在距離銜接點(diǎn)長度為D的位置處開始降低直接切割煤體部分的高度，進(jìn)而使得工作面端頭位置頂煤呈現(xiàn)為三角形結(jié)構(gòu)，同時(shí)在銜接點(diǎn)位置處鋪設(shè)雙層經(jīng)緯網(wǎng)（規(guī)格為8 m×1 m）來強(qiáng)化頂煤的整體性，有效防治因頂煤破碎而發(fā)生頂板冒落事故。

3 工程經(jīng)濟(jì)效益分析

當(dāng)直接切割煤體部分高度由3.2 m增至3.5 m后，前述統(tǒng)計(jì)可知采煤機(jī)直接切割煤體部分的煤炭資源回收率為98%，而放頂煤部分的煤炭資源回收率僅為85%，調(diào)整后剩余工作面推進(jìn)長度為600 m，計(jì)算可知工作面整體能夠多產(chǎn)出煤炭資源9730 t，按照目前煤炭?jī)r(jià)格1000元/t計(jì)算可知，能夠直接帶來973萬元經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

（1）當(dāng)N2105綜放工作面直接切割煤體部分的高度由3.2 m增大至3.5 m后，采煤機(jī)運(yùn)行速度可在3～4.3 m/s范圍內(nèi)變動(dòng)，原有液壓支架型號(hào)依舊能夠滿足承載要求。

（2）對(duì)于端頭位置的平巷（例如膠帶順槽）與工作面頂煤銜接部分，可以通過在距離銜接點(diǎn)長度為D的位置處開始降低直接切割煤體部分的高度，同時(shí)在銜接點(diǎn)位置處鋪設(shè)雙層經(jīng)緯網(wǎng)（規(guī)格為8 m×1 m）來強(qiáng)化頂煤的整體性。

（3）工作面整體能夠多產(chǎn)出煤炭資源9730 t，按照目前煤炭?jī)r(jià)格每噸1000元計(jì)算可知，能夠直接帶來973萬元的經(jīng)濟(jì)效益。