影響綜采工作面采煤效率的因素分析及改進

劉衛紅

(西山煤電集團公司五人小組管理局，山西 太原 030053)

引 言

我國作為全球煤炭生產和消費第一大國，煤炭的儲量也在全球范圍內名列前茅。我國煤層所處的地域相對較廣，鑒于不同的地理條件，煤層所形成的原因也千差萬別。因此，不同地域的煤層特點各不相同[1]。比如，有些煤層頂板松軟，導致對該種煤層的頂板管路相對復雜；有些煤層的間距較小或者上下煤層差異明顯，導致開采上下煤層時波動較大；有些煤層上頂板結構不穩定，導致其支護困難，開采難度較大，使其無法達到應有的設計能力?？傊?，由于煤層復雜的地下特點，導致其開采時常常受到開采工藝不成熟的限制。

特別是針對間距特別近的煤層，采用一般工藝開采時下部煤層的頂板往往會被上部煤層所破壞，且下部煤層的巷道也存在被破壞的風險。此外，開采極近距煤層時容易造成冒頂、漏頂等安全事故，使得綜采工作面的安全系數大打折扣[2]?？傊?，開采極近距煤層時對該下部煤層的頂板管理、巷道支護以及工藝技術有特殊的要求。因此，應加強對極近距煤層開采工藝的研究，提高對綜采工作面的回采效率，從一定程度上降低對煤炭資源的浪費。

1 極近距煤層采煤工藝研究

1.1 極近距煤層的定義

極近距煤層指的是，煤層群層之間的距離非常小，在開采過程中受上下煤層的影響較大的煤層。在開采過程中，煤層的圍巖應力會重新分布導致對相鄰煤層的頂板或者底板塑形造成影響[3]。經研究可知，煤層間距越小，相鄰煤層開采的相互影響程度越嚴重。在對極近距煤層進行判定時，可依據式(1)進行判定。

(1)

式中，γ為煤層上方巖層的平均容重，kN/m3；H煤層的平均埋藏厚度，m；L為煤層所處工作面的長度，m；Rrmc為煤層上方巖層的單軸抗壓強度，MPa。

本文所研究的煤層的γ=25 kN/m3、H=210 m、L=150 m、Rrmc=55.2 MPa～55.63 MPa。將上述參數帶入式(1)中，得該煤層的最大間距范圍為4.18 m～5.92 m<6 m。因此，可以定義本文所研究煤層為極近距煤層。

1.2 極近距煤層的開采工藝

本文所研究極近距煤層所處工作為首次開采的工作面，煤層平均厚度約為4.38 m，煤層的平均傾角為3°。煤層之間為0.3 m的夾矸，煤層直接頂為粉砂巖，粉砂巖層的平均厚度為2.4 m。

1) 極近距煤層開采時支護設備對煤壁的壓酥作用不大，導致其煤壁堅硬不易截割。因此，需提升采煤機的功率，降低采煤機滾筒降低截割阻力[4]。同時，采用適當的爆破方案在不影響相鄰煤層的情況下，使得煤壁松軟。

2) 極近距煤層在開采過程中，下部煤層的礦壓顯現規律比較復雜。因此，對極近距煤層的開采需經歷三個步驟：從實體煤向采空區推進、在采空區開采、從采空區向實體煤推進。

3) 從實體煤向采空區推進時，需加強對兩個區域煤層的支護，并在巷道的出口位置處支設臺棚，煤層工作面所采用的支護設備為超前移架，將長護壁板更換為短護壁。

4) 在采空區開采時，工作面采用雙向割煤的方式開采，以減少工作面空頂的時間；實時根據頂板的情況調整泵站的壓力；將膠帶順槽超前支護30 m，將軌道順槽超前支護60 m,均與順槽平行。

5) 從采空區向實體煤推進時，應提前降低采煤高度并檢查工作面所有設備運行情況，及時更換不合格的設備；采用雙向割煤的方式快速進入實體煤，減少工作面空頂時間。

6) 根據極近距煤層的頂板情況選用適當的液壓支架。其中，當頂板為塊裂頂板時，應選用支撐掩護支架；當頂板為碎裂頂板時，應選用掩護式支架。

7) 極近距煤層開采時，由于種種原因造成回采工作面無法形成正常的全風壓通風系統。因此，應在回采工作面安裝局扇，降低回采工作面回風順槽的壓力；在工作面順槽安裝調節風門，確保工作面空氣按照正常的方向流動。

2 極近距煤層采煤工藝可靠性分析

2.1 8243工作面可靠性分析

本文所研究的極近距煤層所處工作面的長度為134 m，推進長度為1 510 m。該工作面的生產能力為，采煤機每天推進長度為5.6 m，每天產煤量為3 181 t。該工作面采用單一長壁后退式采煤方法，頂板管理方法為全部垮落法，回采工藝為綜合機械化回采工藝[5]。該工作面的可靠性指標如表1所示。

表1 極近距煤層工作面可靠性指標

為了得出基于上述采煤工藝下，影響極近距煤層工作面可靠性因素的主次，對該工作面所有工作設備的運行數據進行測定，并得出各個環節的停工時長，如表2所示。

表2 極近距煤層8243面各環節停工類型及時長統計表

分析表2可知，該極近距煤層工作面停工時長最高是由頂板造成的，其次是由液壓支架、輸送機。經統計可知，影響極近距煤層工作面可靠性的主要因素為頂板、液壓支架和輸送機；次要因素為采煤機和破碎機。

2.2 8245工作面可靠性分析

8245工作面為8243工作面的相鄰工作面，該工作面的長度為131 m，推進長度為1 368 m。8245工作面的開采工藝與8243工作面相同。通過對8243工作面可靠性的分析得知，影響該工作面可靠性的主要因素為頂板、液壓支架和輸送機。因此，8245工作面開采時，采用超前加固支護、改變巷道支護、增加采煤機功率、減小滾筒直徑以及選用合理爆破方案等措施。8245工作面各個環節停工類型及時長統計如表3所示。

表3 極近距煤層8245環節停工類型及時長統計表

經統計可知，影響8245工作面可靠性的主要因素為輸送機、采煤機和破碎機；次要因素為液壓支架和電氣系統。

對比8243工作面可知，采取相應措施后8245工作面中不存在由于頂板管理降低可靠性。而且，8245工作面設備的停工時長降低約2 714 min。即說明，采用文中采煤工藝可大大提升工作面的可靠性。

3 結語

影響綜采工作面采煤效率的因素眾多，但是不同地質、水文條件下其影響的主次各不相同。本文以其礦工作面為研究對象，得知影響采煤效率的主要因素為頂板支護、液壓支架和輸送機的工作效率，其次為采煤機和破碎機。采用超前加固支護、改變巷道支護、增加采煤機功率、減小滾筒直徑以及選用合理爆破方案等改進措施后，頂板支護、液壓支架以及輸送機工作效率對工作面采煤效率的制約性降低。