堅(jiān)硬煤層開(kāi)采的進(jìn)刀方式對(duì)塊煤率的影響分析

馮 濤

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司生產(chǎn)技術(shù)部， 山西 大同 037000）

我國(guó)的煤炭資源豐富，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了充足的動(dòng)力。煤炭作為重要的能源供應(yīng)，在使用過(guò)程中容易造成一定的污染。隨著清潔型能源的使用，對(duì)煤炭的綠色開(kāi)發(fā)利用有了迫切的需求。在煤炭的開(kāi)采過(guò)程中，現(xiàn)有的綜采開(kāi)采工藝容易造成煤體的粉碎率過(guò)高，礦井的塊煤率低，影響煤炭的清潔使用。堅(jiān)硬煤層由于煤層的質(zhì)地堅(jiān)硬，內(nèi)生的裂隙發(fā)育不足，在采煤作業(yè)時(shí)功耗大，煤炭的可截割性較差，在工作過(guò)程中形成的粉塵較大，塊煤率不高，且會(huì)造成惡劣的作業(yè)環(huán)境[1]。在不改變煤巖力學(xué)性質(zhì)的前提下，對(duì)開(kāi)采工藝設(shè)備及參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，是提高塊煤生產(chǎn)效率的重要方式，開(kāi)采過(guò)程中進(jìn)刀方式的不同，也會(huì)影響開(kāi)采的產(chǎn)量和效益。對(duì)堅(jiān)硬煤層開(kāi)采過(guò)程中的進(jìn)刀方式造成塊煤率低的問(wèn)題進(jìn)行分析，從而優(yōu)化煤層的開(kāi)采工藝，提高成煤的塊煤率[2]。

1 煤層開(kāi)采進(jìn)刀方式與割煤方式的組合

采煤機(jī)在進(jìn)行煤層開(kāi)采時(shí)，進(jìn)刀過(guò)程指采煤機(jī)的滾筒進(jìn)入煤層的過(guò)程，割煤方式指采煤機(jī)截割與其他工序的配合。采煤機(jī)的進(jìn)刀方式與割煤方式的組合對(duì)于采煤作業(yè)的產(chǎn)量及效益具有直接影響。在煤層的綜采中，常用的組合方式有三種，分別為雙向割煤端頭斜切進(jìn)刀方式、單向割煤端頭斜切進(jìn)刀方式和中部斜切進(jìn)刀方式[3]。

雙向割煤端頭斜切進(jìn)刀方式如圖1-1 所示，即在采煤機(jī)往返一次的過(guò)程中割煤兩次，常用在煤層的賦存條件穩(wěn)定及傾角較小的綜采過(guò)程中。在煤層產(chǎn)生壓裂后，煤層的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，會(huì)影響割煤過(guò)程中的牽引速度。單向割煤端頭斜切進(jìn)刀方式即從采煤機(jī)一端開(kāi)始進(jìn)刀進(jìn)行割煤[4]。單向割煤中部斜切進(jìn)刀方式如圖1-2 所示，即開(kāi)采過(guò)程中從工作面的中部開(kāi)始進(jìn)刀進(jìn)行割煤。

圖1 不同進(jìn)刀方式示意圖

在煤炭的開(kāi)采過(guò)程中，塊煤率的大小與壓裂的形式有關(guān)，不同的牽引速度下所形成的壓裂形式不同，從而影響煤層的塊煤率。在同一壓裂形式下，對(duì)進(jìn)刀方式及塊煤率的關(guān)系進(jìn)行分析。在煤層的開(kāi)采過(guò)程中，選取不同的工作面長(zhǎng)度及巷道保護(hù)煤柱的距離，進(jìn)行不同進(jìn)刀方式下的塊煤率分析[5]。

2 進(jìn)刀方式對(duì)塊煤率的影響分析

2.1 工況一組合下的塊煤率分析

選取工作面的長(zhǎng)度為150 m，巷道保護(hù)煤柱為15 m，對(duì)三種不同的進(jìn)刀方式下的塊煤率進(jìn)行分析，得到如下頁(yè)圖2 所示的關(guān)系曲線(xiàn)。從圖2 中可以看出，在不同的壓裂形式下，隨著三種進(jìn)刀方式下割一刀煤所需的總時(shí)間減小，對(duì)應(yīng)的塊煤率逐漸增加；其中，割一刀煤所需時(shí)間最小時(shí)塊煤率最高，在雙排孔來(lái)壓區(qū)采用雙向割煤端頭斜切進(jìn)刀方式[6]。

圖2 工況一不同壓裂形式下塊煤率與進(jìn)刀方式的關(guān)系曲線(xiàn)

2.2 工況二組合下的塊煤率分析

選取工作面的長(zhǎng)度為150 m，巷道保護(hù)煤柱為25 m，對(duì)三種不同的進(jìn)刀方式下的塊煤率進(jìn)行分析，得到如下頁(yè)圖3 所示的關(guān)系曲線(xiàn)。從圖3 中可以看出，在不同的壓裂形式下，隨著三種進(jìn)刀方式下割一刀煤所需總時(shí)間的減小，對(duì)應(yīng)的塊煤率逐漸增加；其中，在雙排孔來(lái)壓區(qū)采用雙向割煤端頭斜切進(jìn)刀方式時(shí)所需的進(jìn)刀時(shí)間最小，為40.2 min，此時(shí)形成的塊煤率最高為69%。

圖3 工況二不同壓裂形式下塊煤率與進(jìn)刀方式的關(guān)系曲線(xiàn)

2.3 工況三組合下的塊煤率分析

選取工作面的長(zhǎng)度為250 m，巷道保護(hù)煤柱為15 m，對(duì)三種不同的進(jìn)刀方式下的塊煤率進(jìn)行分析，得到如圖4 所示的關(guān)系曲線(xiàn)。從圖4 中可以看出，在不同的壓裂形式下，隨著三種進(jìn)刀方式下割一刀煤所需總時(shí)間的減小，對(duì)應(yīng)的塊煤率逐漸增加；其中，在雙排孔來(lái)壓區(qū)采用雙向割煤端頭斜切進(jìn)刀方式時(shí)所需的進(jìn)刀時(shí)間最小，為55.5 min，此時(shí)形成的塊煤率最高為69%。

圖4 工況三不同壓裂形式下塊煤率與進(jìn)刀方式的關(guān)系曲線(xiàn)

2.4 工況四組合下的塊煤率分析

選取工作面的長(zhǎng)度為250 m，巷道保護(hù)煤柱為25 m，對(duì)三種不同的進(jìn)刀方式下的塊煤率進(jìn)行分析，得到如圖5 所示的關(guān)系曲線(xiàn)。從圖5 中可以看出，在不同的壓裂形式下，隨著三種進(jìn)刀方式下割一刀煤所需總時(shí)間的減小，對(duì)應(yīng)的塊煤率逐漸增加；其中，在雙排孔來(lái)壓區(qū)采用雙向割煤端頭斜切進(jìn)刀方式時(shí)所需的進(jìn)刀時(shí)間最小，為57 min，此時(shí)形成的塊煤率最高為69%。

圖5 工況四不同壓裂形式下塊煤率與進(jìn)刀方式的關(guān)系曲線(xiàn)

通過(guò)上述分析可知，在巷道保護(hù)煤柱不變時(shí)，三種進(jìn)刀方式下割一刀煤所需的時(shí)間逐漸減小，在雙排孔來(lái)壓區(qū)采用雙向割煤端頭斜切進(jìn)刀方式時(shí)所需的進(jìn)刀時(shí)間最小，此時(shí)的塊煤率最高；當(dāng)保護(hù)煤柱增加時(shí)，三種進(jìn)刀方式割一刀煤所需的時(shí)間也逐漸增加。在不同的工作面長(zhǎng)度時(shí)，巷道保護(hù)煤柱越小，三種進(jìn)刀方式割一刀煤所需的時(shí)間越小，采用雙向割煤端頭斜切進(jìn)刀方式對(duì)雙排孔壓裂區(qū)進(jìn)行開(kāi)采時(shí)的塊煤率最高。

3 結(jié)論

1）塊煤率的大小與開(kāi)采中割一刀煤所需的時(shí)間相關(guān)，隨著割一刀煤所需時(shí)間的減小，則形成的塊煤率增加。

2）在三種不同的進(jìn)刀方式下，雙向割煤端頭斜切進(jìn)刀方式所需時(shí)間最小，此時(shí)的塊煤率最高。

3）在進(jìn)行煤層的開(kāi)采時(shí)，應(yīng)盡量選擇雙向割煤端頭斜切進(jìn)刀方式，從而提高煤樣的塊煤率，利于煤樣的清潔使用。