綜采工作面回采工藝分析

周 斌

（霍州煤電集團呂梁山煤電公司店坪煤礦綜采隊，山西 呂梁 033100）

引言

我國煤炭資源分布范圍較廣，在多年的開采基礎(chǔ)上主要以簡單煤層開采，以急傾斜薄煤層為例的復(fù)雜煤層的開采由于地質(zhì)、煤層條件復(fù)雜難以實現(xiàn)機械化開采，主要以爆破開采為主，甚至?xí)艞夐_采，對應(yīng)的生產(chǎn)效率低下、事故頻發(fā)、資源浪費的問題突發(fā)。因此，針對急傾斜薄煤層設(shè)計合理、有效的開采工藝，并制定或設(shè)計高效的回采工藝過程是提升回采效率、保證生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)[1]。本文以急傾斜薄煤層為例重點對其回采工藝進行設(shè)計，并對其綜采設(shè)備穩(wěn)定性進行分析。

1 采煤方法的確定及基本參數(shù)的選擇

目前，綜采工作面開采主要以刨煤機、滾筒采煤機為主，其無法適用于急傾斜薄煤層工作面，存在巷道開挖量大、效率低以及搬家次數(shù)多等問題。同時，急傾斜薄煤層所屬工作面的頂?shù)装鍡l件較差、煤層條件也較差[2]。鑒于上述問題，將重點以急傾斜薄煤層工作面為例開展研究。

根據(jù)綜采工作面布置方式不同，開采方式可分為走向長壁綜合機械化開采和傾斜長壁綜合機械化開采。結(jié)合經(jīng)驗表明，當(dāng)工作面煤層傾角小于12°時，一般將傾斜長壁綜合機械化開采方式應(yīng)用于緩傾斜薄煤層以及中厚煤層的工作面。但是，基于走向長壁綜合機械化采煤方式具有開采效率高、安全性高的問題；其中，對應(yīng)的工作面布置方式可以分為真傾斜、仰偽斜以及俯偽斜三種方式。

工作面的布置方式主要與傾角大小，設(shè)備下滑以及傾倒等情況綜合確定。對于仰偽斜布置方式雖然設(shè)備的穩(wěn)定性較高，但是對應(yīng)的安全性較低極易對工作人員造成威脅；對于俯偽斜布置方式而言，所開采的煤炭可通過煤壁自溜，降低對工作人員威脅的概率；同時，該種布置方式可以有效解決設(shè)備下滑的問題[3]。

綜上所述，針對急傾斜薄煤層工作面采用俯偽斜綜合機械化開采方式，具體工作面布置，如圖1 所示。

如圖1 所示，基于俯偽斜綜合機械化開采方式的工作面布置，分別在采區(qū)上方和下方布置上順槽和下順槽，并基于俯偽斜布置的切割巷實現(xiàn)上順槽和下順槽的貫通。

圖1 俯偽斜綜合機械化開采工作面布置

針對急傾斜薄煤層綜采工作面所采用的俯斜綜合機械化開采方式涉及到布置參數(shù)包括有工作面長度、工作面的推進長度以及偽傾斜布置角度。結(jié)合本工程類似項目的參數(shù)及相關(guān)適應(yīng)性基礎(chǔ)研究，確定工作面基本布置參數(shù)，如表1 所示。

表1 工作面基本布置參數(shù)

2 急傾斜薄煤層回采工藝研究

急傾斜薄煤層工作面回采工藝涉及到采煤工藝、運煤工藝、工作面支護、推溜拉架等方式的確定。

2.1 采煤工藝的確定

雙滾筒采煤機與單滾筒采煤機相比具有落煤效率高、適應(yīng)性強等優(yōu)勢。本工程將采用雙滾筒采煤機為主題完成生產(chǎn)任務(wù)。

對應(yīng)的采煤機截割方式選擇雙向割煤，該種方式具有利用率高、生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢，頂板維護相對單向割煤簡單[4]。

采煤機的進刀方式包括有推入式、鉆入式以及斜切式三種。其中，推入式進刀方式涉及到的作業(yè)人員和作業(yè)工序較多；鉆入式進刀方式對設(shè)備的溫蒂西寧要求較高；斜切式進刀方式工序簡單、進刀阻力小。因此，本工程選用斜切進刀方式，并具體采用端部進刀。

2.2 運煤工藝的確定

鑒于急傾斜薄煤層工作面大傾角的特點，所開采的煤炭可在偽傾角的作用下通過煤壁自然落下，對應(yīng)的可直接采用自溜方式運輸。

2.3 工作面支護工藝

工作面支護工藝包括有工作面支護、頂?shù)装骞芾?、安全出口支護。

2.3.1 工作面支護

針對急傾斜薄煤層綜采工作面，結(jié)合MT 556—1996 的相關(guān)標準要求，采用常規(guī)的液壓支架即可滿足對工作面的整體支護，實現(xiàn)對工作面頂板和底板的保護，對垮落矸石進行隔離。

2.3.2 工作面頂板管理

本工程采用常規(guī)的全部垮落法對其頂板進行管理。具體闡述如下：液壓支架向前推動時，后方頂板自然垮落；針對綜采工作面的上端部采用單體液壓支柱與半圓木相結(jié)合的方式進行支護；針對綜采工作面的下端部采用單體液壓支柱并配備鉸接頂梁的方式進行支護。此外，為保證工作面液壓支架的穩(wěn)定性在工作面下端部增加排頭架[5]。

2.3.3 上下安全出口的支護

針對工作面上安全出口采用單體液壓支護與半圓木相結(jié)合的方式進行支護，具體支護，如圖2 所示。

圖2 上安全出口支護示意圖

如圖2 所示，單體液壓支柱的間距為0.7 m。

針對工作面下安全出口采用π 型的排頭支架進行支護，排頭支架的數(shù)量為6 組；在下安全出口的下端巷道采用單體液壓支護進行支護，且液壓支柱的間距為0.8 m、液壓支柱排的間距為0.6 m。下安全出口的支護效果，如圖3 所示。

圖3 下安全出口支護示意圖

3 工作面回采工藝過程

在上述對采煤工藝、運煤工藝以及支護工藝設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場實際情況具體確定回采工藝過程。整體上講，工作面采煤機自上而下進行截割煤，并對下方的煤塊通過端部斜切進刀的方式進行截割；截割完成后推移導(dǎo)向系統(tǒng)，最終自下而上實現(xiàn)液壓支架的移架工作。具體闡述如下：

1）工作面的采煤機、液壓支架以及導(dǎo)向系統(tǒng)安裝完畢后，將采煤機的截割頭布置于煤層的上端頭，準備截割任務(wù)；

2）將采煤機上空行15 m～20 m 后，將采煤機下部的導(dǎo)向系統(tǒng)逐漸推移至煤壁；

3）對煤層的下端三角煤進行截割；

4）完成工作面導(dǎo)向系統(tǒng)及液壓支架的移架工作。將限推油缸收回，將斜拉油缸深處，完成導(dǎo)向系統(tǒng)的推移工作；按照工作面液壓支架的順序依次完成移架工作。

4 結(jié)語

一直以來，我國針對急傾斜薄煤層的開采處于相對薄弱的狀態(tài)，在實際生產(chǎn)中存在效率低下、安全性低的問題。針對此情況，本文結(jié)合實際工程實踐為急傾斜薄煤層的綜采提出了采用偽傾斜工作面的布置方式實現(xiàn)綜合機械化開采，并對關(guān)鍵的工作面、上下安全出口等位置進行支護設(shè)計。針對采煤機在急傾斜薄煤層綜采設(shè)計具體的回采工藝過程，指導(dǎo)實際生產(chǎn)。