綜采工作面回采工藝研究

閆進(jìn)波

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 長(zhǎng)治 046100）

大采高綜采工作面指的是割煤高度在3.5~5.0 m 的范圍之內(nèi)綜合機(jī)械化采煤手段。近年來，隨著采煤工藝及綜采設(shè)備的不斷改進(jìn)，當(dāng)前一次性采高可達(dá)到7 m，且隨著采煤工藝的不斷優(yōu)化一次性采高將會(huì)繼續(xù)更新。此外，一次性采高在很大程度上與煤層所處地質(zhì)、水文條件及煤層傾角等相關(guān)[1]。隨著當(dāng)今社會(huì)煤炭的需求量越來越大，對(duì)綜采工作面的產(chǎn)煤效率提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。目前，可通過采用提升綜采設(shè)備的采煤能力并結(jié)合優(yōu)化回采工藝的方式得到提升工作面采煤效率的目的。本文將著重探討可提升煤炭產(chǎn)量的回采工藝。

1 綜采工作面煤炭產(chǎn)量分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)近些年來典型大采高綜采工作面煤炭的最高年產(chǎn)量如圖1 所示。

圖1 綜采工作面最高產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

由圖1 可知，從1994 年開始我國(guó)綜采工作面的最高年產(chǎn)量?jī)H為200 萬(wàn)t，在2002 年以后工作面最高年產(chǎn)量達(dá)到1 000 萬(wàn)t，之后每年最高年產(chǎn)量增幅不大，直至2012 年最高年產(chǎn)量可達(dá)到1 200 萬(wàn)t[2]。

2 工作面綜采技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀研究

本節(jié)將從綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、覆巖層結(jié)構(gòu)特征以及煤壁片幫冒頂控制技術(shù)三個(gè)方面闡述當(dāng)前綜采技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

2.1 綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

經(jīng)研究表明，當(dāng)綜采工作面一次性采高增大后其上覆巖層活動(dòng)范圍及運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生變化，而且隨著采高的增加其對(duì)應(yīng)的冒落帶高度也呈直線上升。同時(shí)，原裂隙帶的下部巖層變?yōu)榭迓鋷r層，導(dǎo)致工作面頂板的活動(dòng)范圍增大。隨著一次性采高的增大，綜采工作面超前支撐壓力及其最大壓力均會(huì)明顯增加[3]。

此外，工作面隨著采高的增加對(duì)應(yīng)的礦壓顯現(xiàn)明顯增加，而且當(dāng)?shù)V壓到來時(shí)工作面頂板有明顯的下沉跡象?？傊C采工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與采高、煤層埋藏深度、巖層特點(diǎn)以及工作面的長(zhǎng)度相關(guān)。

2.2 綜采工作面覆巖層結(jié)構(gòu)特征研究

綜采工作面隨著采高的增加，工作面上的巖層在橫向、縱向的活動(dòng)頻率明顯增加。在普通采高條件下綜采工作面的基本頂巖層轉(zhuǎn)化為直接頂，且基本頂巖層的結(jié)構(gòu)還很穩(wěn)定?？傊S著綜采工作面采高的增加，原工作面直接頂冒落的矸石不能夠直接填充滿采空區(qū)，導(dǎo)致煤層上方的巖層不穩(wěn)定。加之，液壓支架的前移不能及時(shí)垮落，且在頂板冒落前很難觸碰到煤矸石，導(dǎo)致綜采工作面的頂板巖層的結(jié)構(gòu)形式為倒梯形短懸臂梁組——鉸接巖梁的結(jié)構(gòu)形式。

基于對(duì)綜采工作面覆巖層特征結(jié)構(gòu)的研究，為液壓支架的選型提供了基礎(chǔ)。

2.3 綜采工作面煤壁片幫冒頂控制技術(shù)

經(jīng)對(duì)比分析可知，煤壁片幫是制約綜采工作面安全、高效生產(chǎn)的關(guān)鍵原因。究其原因在于，煤壁片幫導(dǎo)致工作面頂板情況更加復(fù)雜，從而導(dǎo)致液壓支架頂部受力不均勻使得其頂部部件被損壞，繼而誘發(fā)了頂板事故的發(fā)生[4]。煤壁片幫嚴(yán)重的話制約著工作面的生產(chǎn)效率，甚至威脅著工作面作業(yè)人員的人身安全。

經(jīng)研究可知，影響工作面煤壁片幫的主要因素有：工作面的采高、煤層的普氏系數(shù)以及地質(zhì)、水文條件等?；趯?duì)工作面煤壁片幫冒頂控制技術(shù)的研究可采用合理的液壓支護(hù)技術(shù)和有效的回采工藝避免煤壁片幫冒頂事故的發(fā)生。

3 綜采工作面回采工藝的研究

基于對(duì)工作面綜采技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前綜采設(shè)備的水平，通過提升綜采工作面的回采工藝達(dá)到提升年產(chǎn)量的目的。本文提出可通過對(duì)拉工作面布置與回采工藝和超長(zhǎng)工作面雙采煤機(jī)采煤機(jī)工藝兩種回采工藝提升煤炭年產(chǎn)量，現(xiàn)對(duì)上述兩種回采工藝的可行性進(jìn)行分析。

3.1 對(duì)拉工作面布置與回采工藝可行性研究

對(duì)拉工作面指的是雙工作面，其本質(zhì)為基于三

條回采巷道準(zhǔn)備出兩個(gè)回采工作面。這兩個(gè)工作面共用一個(gè)運(yùn)輸巷道，而且要求這兩個(gè)工作面的開采進(jìn)度一致并且存在一定的錯(cuò)距。對(duì)拉工作面的布置如圖2 所示。

圖2 對(duì)拉工作面布置示意圖

基于對(duì)拉工作面可減少煤柱損失，減小工作面的掘進(jìn)任務(wù)，有效提升了綜采工作面的產(chǎn)煤效率。對(duì)拉工作面回采工藝與單一工作面的回采工作面的區(qū)別如下：

1）對(duì)拉工作面回采工藝對(duì)運(yùn)輸巷的端頭支護(hù)和超前支護(hù)的要求較高。為此，我國(guó)自主研發(fā)的可自移的大采高端頭支架。該支架在工作面的應(yīng)用不僅提升了對(duì)運(yùn)輸巷道的支護(hù)效果，而且大幅的降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度[5]。

2）針對(duì)對(duì)拉工作面回采工藝的煤壁片幫冒頂事故仍可采用如下措施進(jìn)行控制：適當(dāng)提高液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度和初撐力；采用液壓支架的二級(jí)、三級(jí)護(hù)幫對(duì)工作面煤壁進(jìn)行支護(hù)；為液壓支架配備電液控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)液壓支架的及時(shí)移架或帶壓移架的操作。

對(duì)拉工作面回采工藝可適用于煤層傾斜角度較小、低瓦斯以及煤層條件相對(duì)穩(wěn)定的煤層的開采。此外，對(duì)拉工作面回采要求配備相應(yīng)能力的破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)等。

3.2 超長(zhǎng)工作面雙采煤機(jī)回采工藝可行性研究

隨著采煤工作面長(zhǎng)度的增加，盡管能夠達(dá)到提高煤炭采出率、緩解工作面接續(xù)等優(yōu)勢(shì)；但是，在采煤機(jī)截割能力一定的情況下，工作面過長(zhǎng)會(huì)降低工作面的日進(jìn)度。為此，針對(duì)超長(zhǎng)工作面采用雙采煤機(jī)回采的工藝。即，同時(shí)為超長(zhǎng)工作面配置兩臺(tái)采煤機(jī)，在采煤機(jī)采煤速度一定的情況下，單位時(shí)間內(nèi)的采煤量得到雙倍提升。

采用雙采煤機(jī)雙向截割生產(chǎn)時(shí)增加了三角煤的截割問題，雙臺(tái)采煤機(jī)雙向采煤工藝使得2 臺(tái)采煤機(jī)很難完美配合，而且還容易造成中部槽推斷。因此，針對(duì)超長(zhǎng)工作面雙采煤機(jī)采煤工藝采用單向采煤方式。

盡管雙采煤機(jī)單向回采工藝對(duì)工作面水、電以及電液控制系統(tǒng)的要求較高，但只需各個(gè)工序安排合理就可帶來雙倍的效果。值得注意的是，當(dāng)布置于工作面的兩臺(tái)采煤機(jī)有其中1 臺(tái)出現(xiàn)故障后，另外1 臺(tái)也無法正常工作。因此，雙采煤機(jī)單向采煤工藝還需從管理、工作面穩(wěn)定性等方面不斷優(yōu)化，確保該工藝的可靠性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著工作面綜采設(shè)備能力的不斷提升，工作面一次性采高不斷增加。隨著我國(guó)對(duì)煤炭的需求量越來越大，在當(dāng)前綜采設(shè)備能力一定的情況下，可通過改進(jìn)采煤工藝達(dá)到提升工作面年產(chǎn)量的目的。經(jīng)對(duì)比對(duì)拉工作面回采和超長(zhǎng)工作面雙采煤機(jī)單向采煤機(jī)工藝的特點(diǎn)可得：在當(dāng)前我國(guó)煤層所處地質(zhì)條件、管理人員素質(zhì)水平以及綜采設(shè)備能力一定等因素的綜合考慮下，可通過采用對(duì)拉工作面的回采工藝提升礦井的年產(chǎn)量。