大采高综合机械化采煤工艺技术分析与探究

    谭跃明

    摘 要：对于大采高综合机械化采煤工艺技术非常复杂且影响因素众多，这就要求在选取工艺的时候根据煤层的实际情况和特点，合理地选择相匹配的工艺，才能使大采高综采发挥出最大的稳定性和高开采率。基于此本文首先分析了大采高综采的基本特征与难点，然后对大采高采煤工艺的设备选型、煤柱优化、末采控制以及快速回撤这几个方面进行研究，以供参考。

    关键词：大采高综采；机械化；采煤工艺技术

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.075

    0 引言

    近年来，我国煤炭开采技术及装备取得了重大进步，推动了煤矿安全、高效、绿色开采技术的发展，建成了一大批综合机械化和高度自动化的现代化矿井，生产效率、安全指标和煤炭产量大幅度提高。

    1 工程案例

    某矿主要开采8-9#煤，煤层厚度平均为8.5m，采用低位放顶煤技术开采，初步拟定采煤机割煤高度为4.0m，放煤高度为4.5m，采放比为1：1.125，属于大采高综放开采。

    2 综放工作面开采设备选型

    （1）液压支架选型。液压支架的合理选型是保障工作面安全生产的关键环节，而支架选型的重点就在于工作阻力的确定。对于综放开采，液压支架所承受载荷应为顶板冒落岩层质量和顶煤自重之和，再考虑一定动载系数。支架高度主要与采煤机的割煤高度，针对该矿实际地质条件，煤层厚度为8.5m，最大割煤高度为4.0m，最小割煤高度为3.2m，则经过公式计算可得支架最大高度为4.2m，最小高度为3.1m。

    根据前面的计算结果，选定ZFY10200/25/42型掩护式支架，其具体支护参数如表1所示。

    （2）采煤机选型。一般来讲，采煤机滚筒直径应为最大采高的0.55～0.6倍，由前面的分析可知，工作面最大割煤高度为4.0m，则采煤机滚筒直径应为2.2～2.4m，考虑工作面靠近皮带机一端需适当增大挖底量，因此，确定采煤机的滚筒直径为2.5m。

    采煤机的机面高度应与液压支架最小高度存在一定余量空间，以适应煤层的起伏变化，其主要参数如表2所示。由表2可以看出，该型采煤机基本参数完全满足矿井需求。

    3 煤柱优化设计

    （1）模型建立。以接替的13208工作面为背景，工作面留设煤柱尺寸为30m，工作面倾向长度325m。考虑8#、9#煤层综采工作面交叉布置所导致的群采效应影响，在模拟数值计算中过程中分别在13208工作面上部布置12104和12105两个综采工作面。为验證8#煤层回采工作面留设煤柱的合理宽度，在巷道布置和工作面长度不改变的情况下，分为三种计算方案：①回采工作面区段留设煤柱宽度30m；②回采工作面区段煤柱留设宽度25m；③回采工作面留设煤柱宽度20m。

    （2）工作面留设煤柱合理宽度模拟分析。为了确定合理的工作面区段煤柱尺寸，以斜沟矿煤岩体地质力学参数为基础，进行模拟计算，在巷道采掘过程中，采区开挖和顶板垮落回填，到巷道达到安全稳定。

    在开采过程中，对回采工作面留设不同宽度煤柱的弹塑性变形进行模拟分析，可以得出：留设煤柱宽度为30m，回采工作面塑性区宽度4m，巷道侧塑性区宽度3m，煤柱的弹性区为15.3m；留设煤柱宽度25m，采空区侧塑性区宽度3m，巷道侧塑性区宽度2.5m，煤柱的弹性区为10.5m；留设煤柱宽度20m，采空区侧塑性区宽度2.9m，巷道侧塑性区宽度3m，弹性区为9.5m，达不到煤柱安全承载标准。

    （3）煤柱宽度的理论计算。为保证留设煤柱强度和刚度，应对煤柱所受的围岩应力进行研究。采动后，回采工作面煤柱两侧会形成弹塑性变形区，煤柱中央处于弹性应力状态。煤柱保持在合理的弹塑性变形范围内，才能保证留设煤柱的安全稳定性。

    实测8#煤层单轴抗压强度为19.8MPa，当留设煤柱宽度为30m时，煤柱所承载的平均载荷低；当留设煤柱宽度为20m时，煤柱所承载的平均载荷高，大于煤柱的单轴抗压强度，煤柱处于不稳定状态，所以当留设的煤柱宽度为25m时较合理。

    4 综采工作面末采控制技术

    （1）工作面矿压监测工作应贯穿整个回采过程中，掌握工作面初次来压及周期来压规律，统计出周期来压步距、峰值位置、来压强度、来压范围等参数，并指导安全生产。（2）工作面回采至距贯通点50m位置，开始调整工作面两巷进尺，随时掌握工作面推进度，控制末采时矿压显现，保证工作面上网范围内避开周期来压。（3）距主回撤通道13～15m（依据周期来压显现情况确定），开始做末采准备工作，工作面两头进尺调整一致，并调整采高，确保工作面顶板平整，严禁出现台阶。（4）末采贯通，连顶网、清理浮煤，当工作面输送机推进到主回撤通道，支架前梁和主回撤通道W钢带搭接，末采结束。（5）工作面进行设备回撤。

    5 回撤方案优化

    为提高工作面回撤效率，决定取消工作面主回微通道，在工作面中部垂直施工一条辅助回撤通道并与采区运输大巷直接贯通。

    （1）当工作面回采同样逐渐降低采高，回采距贯通点50m时工作面回采高度控制在4.0m内，同时在支架前探梁前方0.3m处顶板铺设金属网及一排锚索钢梁，钢梁长度为3.5m，每根钢梁采用两根长度为5.3m锚索进行起吊，钢梁平行工作面布置。随着工作面逐渐推移，每推进3m施工一排锚索钢梁并铺网。（2）当工作面推进距主回撤通道13～15m停止移架，采煤机继续割煤至停果线，此时工作面空顶距为1.0m，在空顶处及时施工一排锚索钢梁。（3）工作面支架到位后，在工作面中间位置沿煤柱施工一条辅助回撤通道，辅助回撤通道长度为80m，到位后直接与采区轨道大巷贯通。

    6 结束语

    总之，我国的煤炭开采工作与西方国家相比还存在很多问题，因此，有必要加大对于采煤工艺的投入和研究，了解采煤工艺的适用条件，排除安全隐患，保障煤炭开采的高效和安全。

    参考文献：

    [1]王伟.机械化采煤与煤矿生产安全分析[J].机械管理开发，2018，

    33（01）：153-154.

    [2]姜立仁.综合机械化采煤的影响因素探析[J].内蒙古煤炭经济，2018

    （02）：29+65.