綜放工作面開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)

張啟學(xué)

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司官地煤礦，山西 太原 030022）

0 引言

目前，我國(guó)針對(duì)厚煤層或者特厚煤層的開(kāi)采技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟并已經(jīng)形成體系化。從理論上講，對(duì)于厚煤層而言采用大采高一次全采工藝顯然是不現(xiàn)實(shí)的；同時(shí)，當(dāng)厚煤層采用分層開(kāi)采工藝時(shí)存在采掘比大、成本高、巷道維護(hù)工作量大且費(fèi)用高等問(wèn)題[1]。但是，綜放開(kāi)采工藝具有效率高、安全性高等優(yōu)勢(shì)，尤其是采掘比小對(duì)于提高煤炭回收率具有重要意義[2]。本文將結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)對(duì)綜放開(kāi)采工藝在厚煤層工作面的開(kāi)采技術(shù)展開(kāi)工業(yè)性試驗(yàn)研究。

1 工程概況

4113 工作面煤層的平均厚度為10 m，工作面的傾角范圍為3°～9°，其工作面整體上無(wú)斷裂的構(gòu)造且地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。目前，4113 工作面已經(jīng)完成掘進(jìn)任務(wù)，且在掘進(jìn)過(guò)程中巷道支護(hù)效果較好，無(wú)變形。掘進(jìn)后4113 工作面的走向長(zhǎng)度為180 m。本章將結(jié)合4113 工作面的實(shí)際情況對(duì)其是否適合采用綜放采煤工藝進(jìn)行論證。具體如下：

1）4113 工作面煤層的平均厚度為10 m，屬于厚及特厚煤層；從煤層厚度層面分析，符合《煤礦安全規(guī)程》中所規(guī)定的放頂開(kāi)采要求。同時(shí)，10 m 厚的煤層有利于工作面頂煤的冒放。

2）從煤層硬度層面分析：當(dāng)煤層硬度系數(shù)小于1時(shí)，對(duì)應(yīng)的可放性非常好；當(dāng)煤層硬度系數(shù)居于1～2之間時(shí)，對(duì)應(yīng)的可放性相對(duì)較好；當(dāng)煤層硬度系數(shù)大于2 時(shí)，對(duì)應(yīng)的可放性較差。經(jīng)測(cè)試，4113 工作面煤層的硬度系數(shù)居于1～2 之間，屬于中硬煤層，對(duì)應(yīng)的具有較好的可放性。

3）從煤層含矸層面分析：當(dāng)煤層中所含的矸石的硬度較大時(shí)，將會(huì)嚴(yán)重影響頂煤的放出。4113 工作面煤層所含的矸石的成分為炭質(zhì)泥巖和泥巖，其對(duì)頂煤的冒放性影響較小。

4）從煤層頂板地質(zhì)條件分析：4113 工作面直徑頂板相對(duì)軟弱屬于不穩(wěn)定頂板，其基本頂相對(duì)較硬屬于穩(wěn)定型頂板?？偟膩?lái)講，4113 工作面的頂板容易冒落。

綜上所述，在4113 工作面采用綜放采煤工藝是可行的。本文將重點(diǎn)對(duì)綜放開(kāi)采工藝參數(shù)進(jìn)行確定，并對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證。

2 綜放開(kāi)采工藝參數(shù)的確定

對(duì)于綜放開(kāi)采工藝而言，為其確定合理的開(kāi)采厚度對(duì)于保證最終的開(kāi)采效果具有重要意義。本章將基于數(shù)值模擬手段對(duì)不同開(kāi)采厚度的安全性進(jìn)行分析，初步確定開(kāi)采厚度的范圍[3]；然后結(jié)合4113 工作面的現(xiàn)場(chǎng)情況具體確定其他開(kāi)采參數(shù)。

2.1 開(kāi)采厚度的初步確定

根據(jù)4113 工作面的地質(zhì)條件，建立數(shù)值模擬仿真模型，并對(duì)其邊界條件和初始模型進(jìn)行固定。分別對(duì)開(kāi)采厚度為6、8、10 m 三種情況下工作面圍巖的移動(dòng)規(guī)律和巖體的滲流規(guī)律進(jìn)行對(duì)比，初步確定適用于4113 工作面的開(kāi)采厚度參數(shù)。

2.2 數(shù)值模擬模型的搭建

結(jié)合4113 工作面的實(shí)際情況，基于FLAC3D 軟件構(gòu)建長(zhǎng)度為1 000 m，高度為235 m 的數(shù)值計(jì)算模型，并將模型劃分為2 m×2 m 的計(jì)算網(wǎng)格。所構(gòu)建的數(shù)值模擬模型，如圖1 所示。

圖1 4113 工作面數(shù)值模擬計(jì)算模型

根據(jù)4113 工作面各巖層、煤層的力學(xué)參數(shù)在圖1中的模型進(jìn)行設(shè)置。

2.3 開(kāi)采厚度對(duì)工作面圍巖移動(dòng)和滲流規(guī)律的影響

基于上述所構(gòu)建的數(shù)值模擬仿真模型，分別對(duì)開(kāi)采厚度為6、8、10 m 時(shí)工作面圍巖的移動(dòng)規(guī)律和巖體滲流規(guī)律進(jìn)行對(duì)比，并得出如下結(jié)論：

1）當(dāng)開(kāi)采厚度為6 m 時(shí)，4113 工作面圍巖的塑形變形的最大高度為120 m，而且在工作面礫巖層區(qū)域出現(xiàn)了較為明顯的破斷裂隙；

2）當(dāng)開(kāi)采厚度為8 m 時(shí)，4113 工作面圍巖的塑形變形高度進(jìn)一步增加，并延伸至礫巖層的上方，工作面僅在很小的范圍內(nèi)出現(xiàn)了裂隙；

3）當(dāng)開(kāi)采厚度為10 m 時(shí)，其圍巖變形規(guī)律與開(kāi)采厚度為6 m 和8 m 的相似，不同的4113 工作面的塑形變形區(qū)域已經(jīng)不斷延伸至地表，并且隨著工作面的不斷推進(jìn)，在工作面出現(xiàn)了大范圍的裂隙[4]。

綜上所述，應(yīng)將4113 工作面綜放開(kāi)采工藝中的開(kāi)采厚度初步確定為8 m。

2.4 開(kāi)采參數(shù)的確定

根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的能力，確定采煤機(jī)的截割深度為0.8 m。4113 工作面采用一采一放的工藝進(jìn)行生產(chǎn)，根據(jù)采煤機(jī)的截割深度確定其放煤步距為0.8 m。

根據(jù)放煤開(kāi)采工藝的特點(diǎn)，當(dāng)工作面煤層厚度大于4 m 時(shí)，參照當(dāng)前采煤機(jī)的能力，確定采高為3 m；并根據(jù)“2.1”中確定開(kāi)采厚度不超過(guò)8 m，確定放煤高度為5 m，則對(duì)應(yīng)的采放比為1.7。

3 綜放開(kāi)采工藝的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

將上述所確定的綜放開(kāi)采工藝參數(shù)應(yīng)用于4113工作面的生產(chǎn)中，并對(duì)其生產(chǎn)能力進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。而且，上述從開(kāi)采工藝應(yīng)用與4113 工作面前后的生產(chǎn)能力對(duì)比，如表1 所示。

表1 綜放開(kāi)采工藝實(shí)施前后生產(chǎn)能力對(duì)比

如表1 所示，4113 工作面應(yīng)用綜放采煤工藝后，對(duì)于走向長(zhǎng)度為180 m 的工作面而言，其推進(jìn)長(zhǎng)度較之前增加73 m，回采期較之前增加0.7 個(gè)月?？偟膩?lái)講，4113 工作面采用綜放開(kāi)采工藝后，可回收的煤炭總量為2.47 Mt，與以往的煤炭回收量1.38 Mt 提升了1.09 Mt。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，煤礦生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化水平已經(jīng)達(dá)到一定程度[5]。因此，當(dāng)前為進(jìn)一步提升綜采工作面的生產(chǎn)效率和安全性，需要結(jié)合工作面的實(shí)際情況選擇最佳的生產(chǎn)工藝。本文針對(duì)4113 工作面厚及特厚煤層采取綜放開(kāi)采工藝進(jìn)行開(kāi)采，并對(duì)其開(kāi)采工藝參數(shù)進(jìn)行確定，最終對(duì)實(shí)踐應(yīng)用效果進(jìn)行分析。

1）綜合分析4113 工作面煤層硬度系數(shù)、頂板以及矸石等情況得出，該工作面適合采用綜放開(kāi)采工藝進(jìn)行生產(chǎn)。

2）通過(guò)對(duì)不同開(kāi)采厚度下工作面圍巖移動(dòng)規(guī)律和巖層滲流規(guī)律進(jìn)行對(duì)比，建議將綜放開(kāi)采工藝對(duì)應(yīng)的開(kāi)采厚度確定為8 m，并最終確定采高為3 m，放煤高度為5 m。

3）經(jīng)對(duì)比分析可知，4113 工作面采用綜放采煤工藝后，工作面推擠長(zhǎng)度增加73 m，回采期延長(zhǎng)0.7 個(gè)月，煤炭回收率提升1.09 Mt。