大采高工作面产量再提高的综采技术研究

杨凯波

(山西煤炭运销集团沁水鑫基煤业有限公司，山西 晋城 048400)

引 言

随着煤炭勘探技术的不断进步，越来越多的煤矿在厚煤层开采时，开始采用大采高综采技术，目前随着大采高综采技术的不断成熟应用，井下工作面的单产在达到900万t左右以后，长久以来再没有获得过突破性的提升[1]。作为我国国民经济发展的基础及市场竞争的不断加剧，如何进一步提升煤炭的综采效率便成了关乎煤炭生产企业生死的核心。本文在长期对井下大采高综采技术进行研究的基础上，根据实际生产经验和理论分析，提出了新的能大幅提升井下大采高综采效率的方法，对提升煤炭生产企业的经济效益具有较大的意义。

1 大采高综采工作面矿压的显现规律

煤矿井下综采工作面的采高增加后，其上层岩壁的移运规律一定会发生改变，本文以某矿为研究对象，其在不同的综采高度下，巷道顶板的冒落高度的分析结果如图1所示[2]。

图1 不同采高下顶板冒落高度变化曲线

由分析结果可知，随着综采高度的不断增加，其顶板的冒落高度不断加大，使巷道顶板的最初的开裂带的下方出现垮落，转化为垮落带岩层，同时原有的开裂带进一步上移扩大，增大了顶板的活动范围。

该矿在采高为4.5 m和6.2 m时的承载压力随着工作面的推进变化曲线如图2所示，由实测结果可知，随着综采高度的增加，其工作面的超前支撑的压力的峰值和影响范围不断加大。

图2 不同采高情况下的压力变化曲线

经分析，在浅埋的大采高综采工作面上，其巷道顶板上的矿压分布同样显著，并且当在综采作业的来压期间，巷道顶板处会产生显著的下降断裂现象。不管是深度大的综采工作面还是浅埋的综采工作面，矿压的显现和煤层的厚度、岩层特性及综采面长度有关。

2 大采高综采面煤壁片帮冒顶控制技术

煤矿井下大采高综采工作面的煤壁片帮极易导致巷道顶板的矿压条件恶化、支护失稳，给综采作业区的工作人员的生命安全造成极大威胁。大采高综采面片帮发生的原因主要是煤层在综采扰动和顶板矿压作用下，煤层首先在距离最大采高处约1/3的位置发生受力破裂，最终发生煤壁片帮。煤壁发生片帮时的受力如第133页图3所示。

图3 煤层受力结构示意图

根据对煤层发生片帮的原理进行分析，通过合理的设置液压支架的支护结构参数、合理制定回采工艺能够有效避免煤壁片帮现象的发生。

3 大采高综采效率影响因素分析

煤矿井下综采面的产量与采高、巷道长度等的关系可表示为式(1)[3]：

Qd=LBγnKM

(1)

式中：Qd为煤矿井下大采高工作面的日产量；L为大采高工作面的长度；B为采煤机的截割作业时的截割深度；γ为煤层的容重；n为综采作业时的日进刀数；K为综采工作面的出采率；M为大采高工作面的平均高度。

由分析结果可知，要提高大采高工作面的日产量，一方面需要增加工作面长度，另一方面要增加综采作业的速度。由于综采作业面的长度主要是由刮板输送机的长度决定的，而目前刮板输送机最大的长度约为400 m，再进一步增加刮板输送机的长度技术难度比较突出，并且采煤机截割机构截割速度目前非常高，在采煤机技术未进一步取得突破的情况下进一步增加综采作业速度，会导致振动、冲击增加，严重损害采煤机的使用寿命并给煤矿综采作业带来极大的安全隐患。因此本文提出了对拉工作面大采高综采工艺以及双采煤机双向综采工艺技术。

4 对拉工作面综采技术

对拉工作面综采技术的本质是将3组回采巷道，设置成两组综采工作区域，运输巷道位于两个综采巷道之间，实现对运输巷道的共用，在进行综采作业时，两组工作面以相同的综采作业速度进行综采，确保两组设备始终保持一定量的距离，该方案能够大幅提升对煤炭的出采率，降低在综采过程中的煤柱损失，其对拉工作面的布置结构如图4所示。

图4 大采高工作面对拉综采装置布置结构

由分析可知，对拉工作面综采技术比较适合于斜度较小且矿压稳定性较好的二级以上的厚煤层的开采，且其巷道的煤炭物料转运能力必须能满足两个综采面同时综采作业的物料运输要求。采用对拉工作面综采技术后，假如某综采面的采高为6.5 m，采煤机截割深度为0.7 mm，煤炭的容重为12.45 kN/m3，年综采作业时间为330 d，日进刀数为15刀工作面的出采率为96%，工作面的长度为300 m，则年产能约为1 615.13万t。

5 双采煤机双向综采技术

在煤矿井下综采作业中，随着综采作业的深入，需不断的进行液压支架的移架、刮板输送机的移动以及三角煤截割等，其时间消耗了整个煤矿井下综采作业时间的35%左右[4]，因此为降低非有效综采作业时间的消耗，提高单位时间内的实际综采作业效率，可采用双采煤机双向综采作业技术，即在巷道内布置两台采煤机，其布置方式及工艺流程如第134页图5所示。

如图5所示，在进行截割作业时，采煤机M1首先清理巷道内的浮煤然后进行拉架、推移刮板输送机并进行反向割煤，其次采煤机M2则进行割煤、拉架、反向清理浮煤并推移刮板输送机。经统计在相同综采作业条件下，采用双采煤机双向综采工艺技术的综采效率比现有技术方式可提升65%以上。

6 结论

本文通过对现有大采高综采技术缺点的分析，对大采高工作面的地质条件进行了研究，针对其特殊地质条件提出了对拉工作面大采高综采工艺以及双采煤机双向综采工艺技术，并对其应用原理进行了分析，结果表明：

图5 双采煤机双向综采工艺流程

1) 大采高工作面上矿压的显现和煤层的厚度、岩层特性及综采面长度有关，因此在进行大采高综采技术选择时需充分了解矿区的地质条件。

2) 通过合理的设置液压支架的支护结构参数、合理制定回采工艺能够有效的避免煤壁片帮现象的发生。

3) 采用对拉工作面大采高综采工艺以及双采煤机双向综采工艺技术能够大幅提升大采高工作面的综采效率。