中厚煤層回采工藝優(yōu)化設(shè)計研究

李小建

（山西焦煤西山煤電有限公司東曲煤礦，山西 太原 030200）

引言

對中厚煤層進(jìn)行回采，有利于充分利用煤炭資源，但在實際的回采過程中，由于回采技術(shù)手段落后，導(dǎo)致對中厚煤層的回采效率低，效果不好，以某煤礦開采的3#煤層為例，對回采工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以提高煤炭開采率，實現(xiàn)對中厚煤層的高效高產(chǎn)[1]。

某煤礦目前回采的煤層為3#煤層，煤層的煤質(zhì)為黑褐色，整體結(jié)構(gòu)呈條帶狀，井田南北傾向?qū)挾葹?.5 km～8.0 km，東西走向長度為16 km，井田面積為82.4 km2，可開采煤炭儲量為679.41 Mt，工作面開采標(biāo)高為-515.7 m～-681.2 m，工作面屬于傾斜長壁工作面，煤層走向為60°，傾向為150°，傾角為5°，煤層的厚度為5.30 m，局部夾有矸石。

1 影響工作面的回采參數(shù)

1.1 回采參數(shù)的模擬

在回采過程中，生產(chǎn)作業(yè)的核心是采煤機的運行方式[2]，在實際工作過程中，由于地質(zhì)概況比較復(fù)雜，加上其他工藝的相互影響，使采煤機不能以恒定的運行速度進(jìn)行割煤，經(jīng)常會出現(xiàn)隨機停車。以采煤機的隨機過程為研究對象，模擬采煤機的工作過程，找到任意時間段采煤機的運行速度，在連續(xù)運行和間隔停頓時間上，一般是服從概率分布，根據(jù)工作面實測數(shù)據(jù)，得到煤炭年產(chǎn)量與采煤機割煤速度的關(guān)系，如圖1 所示。

圖1 煤炭年產(chǎn)量與割煤速度的關(guān)系

從圖1 中可以看出，隨著割煤速度的增大，煤炭年產(chǎn)量是逐漸增加的，但是增加的幅度不大，如果要達(dá)到年產(chǎn)量3.0 Mt，采煤機的割煤速度應(yīng)在7 m/min以上。

1.2 回采參數(shù)的分析

在工作面回采過程中，由于工作面上開采設(shè)備較多，回采工藝復(fù)雜，為了使回采的效率更高，要確保采煤機的割煤速度，減少停機時間。工作面內(nèi)目前采用AM-500 型采煤機，速度在3.5 m/min，為了提高割煤速度，需要對回采工藝進(jìn)行優(yōu)化。首先，要確保液壓支架的支護(hù)效果，在回采過程中，讓液壓支架與采煤機的運行速度盡可能保持一致；其次，對端頭液壓支架進(jìn)行強化，改進(jìn)工作面采煤循環(huán)作業(yè)方式，保證各工序的協(xié)調(diào)運行；最后，要提升采煤設(shè)備的可靠性，確保設(shè)備的運行效果最佳。

2 回采工藝優(yōu)化

2.1 支護(hù)方式優(yōu)化

在工作面初次來壓時，會使液壓支架的阻力明顯增大，初次來壓的大小在36 MPa 左右，此時，液壓支架的壓力達(dá)到41 MPa，在工作面的中間巷煤壁側(cè)出現(xiàn)片幫現(xiàn)象。因此，在回采時，采用超前移架、少降快移、帶壓擦頂移架的方式進(jìn)行回采，并對支護(hù)方式進(jìn)行優(yōu)化，采用一梁兩柱的超前支護(hù)方式[3]，增加單體的支護(hù)密度，確保液壓支架的支護(hù)質(zhì)量，保證老頂在初次垮落期間能安全的進(jìn)行生產(chǎn)。

2.2 采煤循環(huán)作業(yè)優(yōu)化

由于工作面的切眼是沿煤層走向布置的，煤層底板兩端頭的標(biāo)高相同，在工作面回采過程中，采用臥底俯采循環(huán)作業(yè)方式[4]，不需要對工作面進(jìn)行調(diào)斜，只需要確定好中間巷機頭機尾的相對位置，按照兩端頭平推正刀方式進(jìn)行回采。為了使工作面的輸送機和液壓支架能盡快揭露煤層底板，沿底板以-15°的方向進(jìn)行俯采，前4 個循環(huán)進(jìn)刀是按照100 mm 的幅度進(jìn)行臥底，這樣工作面就出現(xiàn)一定的俯采角度，但液壓支架的底座還處在水平狀態(tài)，在液壓支架的推拉連桿和溜槽之間就形成一定的夾角，在推溜過程中，輸送機靠近液壓支架而使支架的一端翹起，隨著推溜阻力的增大，溜槽會被推翻。因此，在初采第5 個循環(huán)時，讓輸送機的進(jìn)刀方式為平刀，由于前4 個循環(huán)，輸送機有向下的幅度，在進(jìn)入第5 個循環(huán)時，液壓支架將溜子全面吊起，此時，溜槽下方被浮煤填充，溜槽又出現(xiàn)一定的俯采角，再進(jìn)行吊溜子，在割到底板巖石后，不再進(jìn)行下臥，沿底板割煤，這樣，工作面輸送機和支架有相同的俯采角度，且輸送機落在底板上，可以加快進(jìn)行回采。

3 效果分析

將優(yōu)化后的回采工藝應(yīng)用在實際生產(chǎn)過程中，對比優(yōu)化前后回采工藝，得到對比結(jié)果，如表1 所示。

表1 優(yōu)化前后回采工藝對比分析表

從表1 中可以看出，采用優(yōu)化后的回采工藝，掘進(jìn)的巷道工程量增加，掘進(jìn)成本降低，煤炭可開采儲量增加，產(chǎn)值也得到提高，緩解了接續(xù)緊張的局面，實現(xiàn)了礦井的高效高產(chǎn)，傳統(tǒng)的工作面回采效率為29.7 t/工，優(yōu)化后回采效率達(dá)到42.3 t/工，工作面的日常儲量達(dá)11 000 t，滿足礦井煤炭年產(chǎn)量3.0 Mt 的目標(biāo)。

4 結(jié)論

針對中厚煤層回采效率低的問題，以某煤礦3#煤層為研究對象，通過分析煤層地質(zhì)條件，對工作面的回采參數(shù)進(jìn)行模擬分析，結(jié)果如下：

1）從支護(hù)方式和采煤循環(huán)作業(yè)方面合理優(yōu)化回采工藝，采用超前支護(hù)方式，增加單體的支護(hù)密度，確保支護(hù)質(zhì)量穩(wěn)定；采用臥底俯采循環(huán)作業(yè)方式，加快回采效率。

2）在現(xiàn)場進(jìn)行工業(yè)性試驗，結(jié)果表明：優(yōu)化后的回采工藝，掘進(jìn)的巷道工程量增加，掘進(jìn)成本降低，煤炭可開采儲量增加，產(chǎn)值也得到提高，緩解了接續(xù)緊張的局面，實現(xiàn)了礦井的高效高產(chǎn)。