厚煤层综放开采工艺及参数的研究

邓 飞

（山西焦煤西山煤电有限公司东曲煤矿，山西 太原 030200）

1 概况

东曲矿8818 开采面主采8#煤，煤层厚度在5.2～7.8 m，平均厚度6.8 m，埋深315 m。原开采方式为水平分层开采，工艺较落后，劳动强度大，机械化程度低，且开采效果不佳，严重制约生产效益。为改进开采工艺，提升生产效益，针对该工作面特点，对其开采工艺进行了研究设计。

2 采煤工艺方案

2.1 顶煤冒放性分析

根据大量矿井开采作业经验，综放开采能否更好地实施，关键在于工作面的顶煤冒放性。煤矿开采中，煤厚、煤层构成、开采深度、夹矸层数、厚度及硬度、裂隙发育、顶底板岩性等都对顶煤冒放性有影响，因此分析顶煤冒放性需结合上述因素进行[1-2]。图1 是顶煤受力状态图，该模型可简化为二维模型如式（1）。

图1 顶煤受力状态图

式中：γH为原岩应力；KγH为围岩内支承压力最大值；H为煤层赋存深度，m；σ1为第1 主应力，MPa；σ3为第2 主应力，MPa；Rc为煤体强度，MPa；f为煤内摩擦系数。

取煤的泊松比μ=λ/（1+λ）=0.25，K=3.5，γ=2.3 t/m3，可得：H=0.439Rc/γ。假设煤体强度不变，需满足H≥19.1Rc，结合工作面8#煤的埋深及其煤体强度，可知该条件满足。进而分析采深与抗压强度、煤顶岩性、采放比等参数，得冒放性权重数据见表1。

表1 顶煤冒放性影响因素表

由表1 可知，8818 工作面顶煤冒放性：μ= ∑Aiμi≈0.8，由表2 可知8#煤冒放性较好。

表2 顶煤冒放性性能评价表

2.2 回采工艺参数设计

（1）试验开采工作面选择在8818 工作面的南翼，煤层倾角约为9°，平均煤厚7 m，机巷标高+1386～ +1393 m，风巷标高+1408～ +1426 m，倾向长150 m。

（2）采用放顶煤开采方式，采煤机采高增加时，放煤高度应该减少，这样可提高顶煤冒放性和回收率。但采煤机采高增加时，矿山压力将更为明显，对支架性能要求就会变高[3]。确定采煤机割煤高度为3 m，放煤高度为4 m，采放比为二者比值。

（3）放煤步距通常是采煤机滚筒截割深度的整数倍，采煤机放煤一般是采一放一、采二放一或者采三放一，本文中采煤机滚筒截割深度为0.8 m，即步距有0.8 m、1.6 m、2.4 m 三种。通过软件模拟分析不同情况下相关开采数据见表3。可确定放煤步距为0.8 m。

表3 不同放煤方式开采数据表

（4）放煤方式的确定实际上是选择放煤口开启的数量、顺序和放煤量，按开口顺序分顺序和间隔两种，按放煤次数又分单轮、多轮和双轮。本文分别分析了单轮间隔放煤、单轮顺序放煤、多轮顺序放煤三种放煤方式的放出率，分别为83.2%、78.1%、85.3%，因此确定放煤方式为多轮顺序放煤。

2.3 “三机”选型

（1）采煤机选型。根据割煤高度3 m 及工作面其他相关技术条件，初步选定采煤机的滚筒直径为1.8～2.4 m。可计算得最大落煤量为761 t/h，进而求出需要的切割功率不小于1100 kW，综合考虑，选择滚筒直径为2 m、切割功率为1200 kW 的采煤机。

（2）支架选型。支架的选型应结合理论和实际，支护强度应足够支护冒落顶板岩层和顶煤的重量，计算结果为1.10 MPa，因此支架选型设计的支护强度应为1.10 MPa，高度在1.8～3.5 m 范围内[4-5]。

（3）刮板运输机选型。刮板运输机的选择包括两部分：前、后刮板运输机。前刮板运输机需满足运煤能力大于最大割煤能力并有足够的余量，确定前刮板运输机运输量为1800 t/h。后刮板运输机主要作用是拉运放顶煤，可计算出最小运输能力为782 t/h，最终设计后刮板运输机运输量为2000 t/h。

3 效果

经采煤工艺设计，确定方案为采高3 m，一采一放，放煤步距0.8 m，多轮顺序放煤。选择适宜的配套“三机”。在8818 开采面试验开采，工作面日产万吨以上，较之前有很大提升。