馮 杰

（同煤集團永定莊煤業(yè)公司機掘三隊， 山西 大同 037024）

引言

某礦區(qū)擁有非常豐富的煤炭資源并且擁有簡單的煤層賦存結(jié)構(gòu)，經(jīng)過大量的前期勘測后，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域平均的煤層可采厚度達到了11.36 m。當(dāng)前階段該煤礦已經(jīng)開始生產(chǎn)，且整個生產(chǎn)過程實現(xiàn)了機械化，通過分層綜合機械化工藝進行采煤?，F(xiàn)在使用的采煤工藝雖然具備一定的經(jīng)濟效益，但在實踐中存在部分問題，最顯著的缺陷在于巷道開拓準(zhǔn)備工作量非常大，且對巷道的維護存在較大困難，需要花費很多人力、物力和財力。這些不足之處限制了煤礦開采效率以及企業(yè)經(jīng)濟效益的提升[1-2]?；诖?，有必要對煤礦開采工藝進行重新設(shè)計研究，進一步提升開采效率和經(jīng)濟效益，保證煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文在充分考慮煤礦實際情況的基礎(chǔ)上，對比研究了不同回采工藝對采煤效率的影響，以期得到最佳的回采工藝。

1 工作面位置及其長度的確定

1.1 工作面位置的選擇

考慮到煤礦已經(jīng)在正式開采，結(jié)合煤礦后期的發(fā)展計劃和部署，在煤礦內(nèi)選擇一塊區(qū)域開展相關(guān)的試驗工作，實現(xiàn)工作面回采工藝的優(yōu)化，提升回采效率，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。所選擇的區(qū)域平均煤層的厚度達到了11.36 m，屬于厚煤層，煤層傾角在7°～12°范圍內(nèi)。

1.2 工作面長度的確定

因為煤礦首次開展綜放試驗工作，所以擁有相對較好的自然冒放性，自然發(fā)火期也非常短。所以在工作面推進過程中可以在一定程度上提升推進的速度。同時還需要采取措施對頂煤進行弱化處理，可以采取的措施主要包括煤層注水以及頂煤欲裂等。綜合考慮多方面因素，最終選擇工作面傾斜方向的長度為150 m。

煤礦當(dāng)前階段采用的是三班倒方式進行生產(chǎn)，即有三班人員，每班人員工作8 h，實現(xiàn)24 h連續(xù)生產(chǎn)?？偣舶惭b了94臺液壓支架，其中有6臺液壓支架屬于過渡支架，每2臺液壓支架之間的間隔為1.5m。根據(jù)相關(guān)實踐經(jīng)驗，每臺液壓支架放煤時間大約為2.5 min。其中可以不用計算過渡液壓支架的時間。那么完成1個循環(huán)需要的放煤時間是225 min。若將2個放煤口同時工作，那么完成一個循環(huán)需要的放煤時間就會減半，為112.5 min。在只有1個放煤口工作的情況下，1個班組可以實現(xiàn)2個循環(huán)。那么1個工作日3個班組就可以實現(xiàn)6個循環(huán)。當(dāng)前階段煤礦使用的采煤機滾筒截深為0.865 m，實際有效截深按照0.8 m進行計算。每個工作日可以推進的距離是0.8×6=4.8 m，每年實際有效工作時間按照330 d進行計算，那么每年可以推進的距離是4.8×330=1 584 m。按照這樣的采煤速度，預(yù)計每年產(chǎn)量可以達到300萬t左右。需要說明的是，每臺液壓支架的放煤時間通過強化日常管理還有進一步縮小的空間。通過在實踐中不斷總結(jié)工作經(jīng)驗，能夠在一定程度上提升日循環(huán)數(shù)量，使得煤礦的年產(chǎn)量得到進一步提升。

2 割煤高度和放煤高度的確定

放頂煤高度和采煤機破煤高度兩者之和稱為采煤高度，采煤機破煤高度與放頂煤高度之比稱為采放比[3-4]。按照我國煤礦安全相關(guān)規(guī)章制度，如果煤礦的采放比超過了1∶3，就不得通過放頂煤開采模式進行回采。采用放頂煤開采模式時，煤炭的采出量可以由兩部分構(gòu)成，第一為頂煤放出的煤量，第二為采煤機的實際采煤量。煤層高度一定，采煤機采高越大，那么對應(yīng)的放煤高度就降低。此時對頂煤冒放性更加有利，可以顯著提升頂煤回收率?？s短放煤作業(yè)時間，進而縮短采煤機作業(yè)時間，使得整體采煤工作效率顯著提升，加大整體的產(chǎn)量。但是礦山壓力會隨著采煤機采煤高度提升而顯著增加，這對液壓支架的性能提出了更加嚴(yán)格的要求。

在考慮我國煤礦安全相關(guān)規(guī)章制度的基礎(chǔ)上，結(jié)合本煤礦實際情況來確定采煤機破煤高度和放頂煤高度。

2.1 割煤高度

在確定割煤高度時，需要考慮多方面的因素，主要包括以下幾點[5-6]：

1）破煤速度和截割高度應(yīng)該相互匹配，使采煤機性能得到最大程度發(fā)揮；

2）確保工作面通風(fēng)達到相關(guān)規(guī)章制度的要求，保證井下工作人員的安全；

3）回采工作面工作空間應(yīng)該滿足實際作業(yè)需要。結(jié)合當(dāng)前我國采煤工藝技術(shù)情況，綜放工作面采煤機的截割高度通常在2.5～3.6 m范圍內(nèi)，在充分考慮煤礦煤層地質(zhì)條件以及當(dāng)前階段生產(chǎn)實際需要的基礎(chǔ)上，將工作面采煤機割煤高度確定為3 m。

2.2 放煤高度

將整個煤層厚度去除工作面采煤機截割高度后，剩下的就是放煤高度。前文已述，煤礦的平均煤層厚度為11.36 m。因此，放煤高度值為11.36-3=8.36 m。

3 放煤步距對頂煤回收率的影響研究

相隔放煤循環(huán)之間整個工作面往前推進的長度被稱為放煤步距。為了保證采煤工藝的匹配性，在確定放煤步距時，按照采煤機滾筒實際有效截割深度的整數(shù)倍取值[7]。在實際應(yīng)用中采煤步距有很多種模式，其中最為常見的主要有三種模式，分別為采一放一、采二放一、采三放一。煤礦使用的采煤機滾筒有效截割深度為0.8 m，對應(yīng)上述三種模式，放煤步距分別為0.8 m、1.6 m、2.4 m。通過專業(yè)的數(shù)值模擬軟件，對以上三種模式分別進行模擬分析，對比不同模式對頂煤回收率的影響，以確定最佳的放煤步距。

3.1 不同放煤步距下的頂煤回收率

3.1.1 放煤步距為0.8 m時

按照前文設(shè)置的采煤機截割高度3 m，放煤高度8.36 m。當(dāng)放煤步距為0.8 m時，經(jīng)過16個循環(huán)的放頂煤后，理論計算得到的出煤量應(yīng)該為20 526 t，經(jīng)過數(shù)值軟件模擬得到的實際放煤量為17 745 t，計算得到的回收率為86.45%。

3.1.2 放煤步距為1.6m時

將放煤步距設(shè)置為1.6 m時，經(jīng)過16個循環(huán)的放頂煤后，理論計算得到的出煤量應(yīng)該為20 696 t，經(jīng)過數(shù)值軟件模擬得到的實際放煤量為16 986 t，計算得到的回收率為82.07%。

3.1.3 放煤步距為2.4m時

將放煤步距設(shè)置為2.4 m時，經(jīng)過15個循環(huán)的放頂煤后，理論計算得到的出煤量應(yīng)該為20 497 t，經(jīng)過數(shù)值軟件模擬得到的實際放煤量為15 988 t，計算得到回收率為78.01%。

3.2 最佳放煤步距的確定

對不同放煤步距對應(yīng)的頂煤回收率進行統(tǒng)計分析，0.8 m、1.6 m和2.4 m時對應(yīng)的頂煤回收率分別為86.45%、82.07%和78.01%。從以上數(shù)據(jù)中可以明顯看出，將放煤步距設(shè)置為0.8 m得到的頂煤回收率最高。因此，將煤礦的放煤步距設(shè)置為0.8 m。

4 放煤方式對頂煤回收率的影響研究

煤礦井下綜采工作面，放煤口啟動數(shù)量、啟動順序、每個口的放煤量都會對煤礦開采效率產(chǎn)生影響。放煤方式指的就是上述相關(guān)參數(shù)的組合。當(dāng)有多個放煤口時，不同放煤口的啟動順序可分為兩種，即間隔、順序放煤。根據(jù)放煤次數(shù)不同又有單輪、兩輪、多輪放煤之分。在充分借鑒其他煤礦放煤方式的基礎(chǔ)上，結(jié)合煤礦實際情況。將上述兩種放煤分類方法進行組合，適用于本煤礦的主要有三種放煤方式。下面分別對這三種放煤方式進行對比分析。

4.1 不同放煤方式下的頂煤回收率

4.1.1 單輪間隔放煤

在采煤時，首先將編號為單號的液壓支架放煤口進行開啟放煤，待到有巖石流出時，將相關(guān)的放煤口進行關(guān)閉。然后將液壓支架往前推進一定距離，再次將編號為雙號的液壓支架放煤口進行開啟放煤。這種放煤方式得到的頂煤回收率為83.22%。

4.1.2 單輪順序放煤

按照先后順序依次將液壓支架的放煤口打開進行放煤，待到有巖石流出時將放煤口進行關(guān)閉，整個放煤過程結(jié)束。這種放煤方式得到的頂煤回收率為78.13%。

4.1.3 多輪順序放煤

首先將編號為單數(shù)的液壓支架放煤口開啟進行放煤，當(dāng)頂煤流出一半左右時將放煤口關(guān)閉。然后再將編號為雙數(shù)的液壓支架放煤口開啟進行放煤。按照這樣的模式重復(fù)兩次左右就可以把頂煤放完。這種放煤方式得到的頂煤回收率為85.54%。

4.2 最佳放煤方式的確定

對上述三種放煤方式的頂煤回收率進行統(tǒng)計分析，結(jié)果分別為83.22%、78.13%、85.54%?？梢钥闯?，在工作面采煤機截割高度為3 m、放煤高度為8.36 m時，利用多輪順序放煤方式時具有最高的頂煤回收率。因此，在實踐中可以采用多輪順序放煤工藝。

5 結(jié)論

某煤礦當(dāng)前階段采用的工作面回采工藝在實際應(yīng)用中存在一定的問題，不利于采煤工作效率以及煤礦企業(yè)經(jīng)濟效益的提升。本文在充分借鑒其他煤礦實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對煤礦的工作面回采工藝進行重新設(shè)計，將采煤機截割高度和放煤高度分別設(shè)置為3 m和8.36 m、將放煤步距設(shè)置為0.8 m，采用多輪順序放煤工藝時具有最大的頂煤回收率，顯著提升了工作面回采工作效率。