大倾角煤层综采产效要素系统分析与促产提效精准策略研究

2023-06-01贠东风李浩男伍永平黄正平

煤炭科学技术 2023年4期

贠东风，李浩男，伍永平，黄正平，杨磷

（1.西安科技大学能源学院, 陕西西安 710054；2.教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室, 陕西西安 710054；3.四川川煤华荣能源有限公司花山煤矿, 四川攀枝花 617066）

0 引言

大倾角煤层是指倾角为35°～55°的煤层，约占我国已探明煤炭总储量14%。大倾角煤层受特殊成煤环境的影响，储量一半以上为优质焦煤和无烟煤，是我国保护性开采的稀缺煤种，年产量约占全国煤炭总产量的10%左右[1]。我国四川、贵州、甘肃、新疆等西部地区矿井，大倾角煤层产量占比较高，且已成为很多矿井的主采煤层。山东、河北、山西等我国中东部矿区，持续多年的高强度开采使赋存条件较为优越的缓斜煤层日益减少，许多矿井不得不转向赋存条件复杂的大倾角煤层开采。

前苏联于20 世纪70 年代开发了应用于大倾角复杂煤层综采的配套液压支架与采煤机，英国与80年代开始将伽里克支撑式支架应用于大倾角煤层的开采，印度大倾角煤层应用综合机械化配套设备开采等[2-3]。

20 世纪80 年代后期，我国东北、新疆、河北等地的部分矿区开始采用大倾角煤层综采技术，并自主研发了大倾角煤层综采设备。四川煤业集团广能公司绿水洞煤矿，自1996 年开采我国第1 个大倾角中厚煤层综采工作面，已成功回采倾角35°～78°、煤层厚度2.3～2.9 m 的工作面40 余个，累计生产商品煤近1 200 万t，示范和带动了大倾角煤层综采。甘肃靖远煤业集团王家山煤矿2002 年开采我国第1个大倾角特厚煤层综放工作面，已回采煤层厚度8～10 m、倾角35°～38°的综放工作面13 个，累计生产原煤近1 800 万t。新疆焦煤集团2 130 煤矿是我国首个试验采用大采高技术开采大倾角厚煤层的矿井，自2012 年开始，已开采煤层倾角38°～46°、采高4.5 m 左右的工作面5 个，最高月产量达12 万t。重庆能源投资集团松藻公司逢春煤矿自2011 年开始试验大倾角薄煤层综合机械化开采技术，自2017 年，在倾角57°～63°，平均厚度1.1 m 的薄煤层中采用工作面俯伪斜布置[4-5]进行回采，最高月推进度约66.5 m，产量14 276 t，回采工效由2.2 t/(工·d)提高到12 t/(工·d)，工作面作业人数减少50%，取得较好的技术经济效益。随着我国煤矿科学产能的推进，大多数开采大倾角煤层的矿井正在加快淘汰产量低、安全差的传统落后的非机械化采煤方法，积极采用大倾角煤层综采技术，以获得安全高效。

近10 多年来，我国煤炭工业向着“高产、高效、安全、绿色、智能”的方向发展，煤炭开采技术与装备水平显著提高，尤其是近水平煤层工作面设备在电牵引采煤机、系列化电液控制液压支架、大型刮板输送机及大运量、大运距带式输送机等方面取得重要突破，综采工作面单产高达上千万吨且记录不断刷新，矿井效益良好从业人员待遇高，吸引许多优秀人才到矿建功立业。大倾角煤层工作面产量却很低。目前还没有年产百万吨的大倾角煤层综采工作面。有些开采大倾角煤层的矿井就是由于产量低成本高，导致矿井经济效益差，从业人员工资低，造成矿井人才流失，负债经营，举步维艰，矿井陷入产量越低效益越差人才流失越严重的恶性循环。最终矿井因无法偿还巨大债务而不得不依法破产重组。综采工作面产量是反映综采安全技术与经济效益的综合指标。故分析大倾角煤层综采工作面产效过低的原因，以寻求解决对策是亟需解决的现实问题。

近10 多年来，我国大倾角煤层长壁综合机械化受煤层倾角大、顶底板条件复杂、综合机械化程度低、劳动组织不尽合理等原因致使产量低下，因此提高大倾角煤层综采产效是亟待解决的关键问题。开机率是反映综采工作面生产技术水平高低的一项综合指标[6]，是地质因素、生产设备因素、劳动组织的综合全面体现。实践表明，提高开机率是提高综采工作面产效的最根本最有效的途径。

结合笔者多年从事大倾角煤层综采的理论研究与工程实践，以开机率为核心综合分析大倾角煤层地质、设备、工艺、人员、管理、其他等6 方面的因素影响，并得出相应精准对策，旨在提高大倾角煤层综采开机率，实现该类煤层综采的高产高效。现就这6 方面因素对综采开机率的影响进行综合分析，旨在得出以提高开机率为关键的大倾角煤层综采促产提效的精准对策，并关注采矿自动化、智能化的发展方向，将其作为大倾角煤层综采减人提效的核心精准对策。

1 影响因素及其分析

1.1 地质因素

地质因素主要是指与煤层开采相关的煤层倾角、厚度、夹矸、顶底板岩性与厚度、断层、褶皱、陷落柱、瓦斯含量和涌水量等，层次结构如图1 所示。其中断层和倾角对走向长壁综采影响最大。随着断层断距和煤层倾角的增大走向长壁综采适应性降低直至不可行。

图1 地质因素层次结构Fig.1 Hierarchy of geological factors

褶皱的向背斜迫使走向长壁综采工作面非等长布置且要仰俯斜推进，回采难度加大，回采速度降低，产量锐减。

无论是工作面穿过断层还是越过断层回采，产量大幅减少或生产停顿。大倾角煤层走向长壁综采面过断层比近水平煤层过断层难度要大很多，历时长，有时甚至过不去。

大倾角煤层由于褶皱和断层的地质构造使得综采工作面非等长布置常态化。而断层褶皱发育的大倾角煤层则不同，工作面不等长是避不开绕不过的问题，增减支架司空见惯。增减支架期间产量减少甚至为零。

显然，与缓倾斜煤层相比，坚硬顶板、软煤层软底板、顶板淋水、高瓦斯等对大倾角煤层综采影响更为严重，产量降低毋庸置疑。

总之，断层、煤层倾角、褶皱、坚硬顶板、软煤层软底板、顶板淋水、高瓦斯等使得大倾角煤层综采难度增大，产量降低，这是客观存在，只能面对，具体分析如下。

1) 倾角因素。综采首先在近水平煤层取得成功并逐渐拓展到缓倾斜煤层，经过设备的改进完善和采煤工艺的创新发展，综采产量持续增加效率大幅攀升，达到高产高效。走向长壁综采适应煤层倾角突破缓倾斜煤层上限25°并向更大倾角扩展，目前可用于最大倾角55°。超过55°向70°逼近的走向长壁综采尚在探索中。当煤层倾角在[25°, 35°]区间时产量明显下降；当煤层倾角在(35°, 55°]区间时产量锐减。目前的智能综采几乎全是在条件优越且煤层赋存稳定无断层的近水平中厚煤层取得了高产高效。

煤层倾角增大加剧了走向长壁综采工作面液压支架的动态失稳和刮板输送机下滑、采煤机牵引与制动力骤增，导致支架稳态控制和刮板输送机防滑控制难度加大[7-11]，采煤机割煤速度降低，直接造成大倾角煤层综采工作面产量大幅下降。

2)顶底板。相较近水平煤层而言，大倾角煤层顶、底板失稳现象频发，所以该类煤层的安全高效开采与顶、底板之间关系更加密切[12-15]。由于倾角因素的影响，大倾角煤层基本顶易于形成倾斜砌体结构。在大倾角煤层走向长壁综采(放)中，当直接顶、底较软且极易破碎时(煤矸互层)，如新疆焦煤集团2130 煤矿25213 工作面[16]，煤矸互层顶板随采随冒难以控制，支架稳定性控制难度进一步增大。

由此可见，由于顶底板条件的差异，严重制约了大倾角煤层的安全高效开采。“支架-围岩”系统的稳定性是大倾角煤层的开采和围岩控制的关键技术，从而应对实际生产过程中可能产生的围岩灾害问题。

3) 地质构造。大倾角煤层的成煤过程中往往会伴随着断层、褶皱、向(背)斜等复杂迥异的地质构造的产生。断层活化受矿压、围岩、顶底板等诸多因素影响，迄今一直是一个难以解决的力学问题[17-19]。断层的地质构造复杂，在过断层带时会受到诸多因素的影响，开采推进过程中还常面临水害、支护、防滑、飞矸、擦顶移架等一系列技术难题，导致过断层持续时间长、开机率极低，易造成工作面坍塌甚至发生人员伤亡。综上所述，地质条件是影响大倾角煤层安全高效开采的主控因素，煤层倾角左右了矿压显现的非对称性，围岩条件影响了设备的稳定与安全，地质构造复杂造成支护效果差、回采速度慢等问题。因此，应对矿井地质条件进行针对性勘探，保证井田内地质构造清晰明了。对特殊地质构造如断层，做好完善的安全技术措施，达到提高开机率的目的。

1.2 设备因素

设备因素是指液压支架、采煤机和刮板输送机的个体故障因素及“三机”配套因素，如图2 所示。

图2 设备因素层次结构Fig.2 Hierarchy of equipment factors

大倾角煤层综采设备除具备一般综采设备性能外，还需具备适应大倾角条件的特殊性能，即液压支架能防倒防滑，采煤机制动可靠、牵引力大、润滑效果好，刮板输送机与液压支架联动防滑。

大倾角厚煤层综放工作面下段采用圆弧段布置，还需要检查最小采高最大曲率时“三机”配套的适应性，主要是采煤机能否顺利通过圆弧段。

应当指出，由于“三机”配套要依据煤层赋存具体条件(倾角、厚度、顶底板岩性、煤的强度等)并考虑“三机”个体特点，一般很难做到配套尽善尽美。特别是大倾角煤层综采迄今还没有“三机”配套试验台，无法在地面正规进行“三机”配套试验，无法在投入生产前发现问题并在地面解决。故而大倾角煤层综采开切眼实质就是“三机”配套试验台。作为生产单位承担了不该承担的研究试验风险[20-22]。

1.2.1 液压支架

工作面液压支架在大倾角煤层综采成套装备中居核心地位，是人为控制“顶板-支架-底板”稳定性的可控要素，也是“采煤机-运输机-支架”系统稳定性控制的基点。现今大倾角综采液压支架亟待解决的重大问题有支架过重、侧护板伸缩不灵、底调千斤顶无法更换以及不能带压移架[23-26]等。针对以上问题应以“工作阻力适中化、抗倒滑可靠化、架重轻型化”的理念来推进大倾角液压支架持续改进。

与近水平煤层工作面液压支架相比大倾角煤层区别主要在于支架应加装防倒防滑装置[26-29]。大倾角煤层开采过程中，支架的滑、倒主要是发生在“降架-移架-升架”过程中。底调机构是大倾角煤层液压支架实现架间位置调节、防止倾倒下滑的重要机构。而底调机构设计的合理性直接影响调架功能，进而影响支架的适用性。除底调机构外，侧护板也起到调架作用。另外合理的架型、较高的初撑力、带压移架功能以及安全防护系统的完善都是影响大倾角液压支架适用性的因素。

液压支架通过与其上邻支架顶梁和底座相连的防倒防滑千斤顶实现防倒防滑功能。因其束缚支架造成拉架操作复杂且难度大，拉架速度慢，现场并不欢迎。通过增大侧护板千斤顶和侧护板强度以及底调千斤顶和横梁强度实现倾倒下滑支架的上调复位。目前侧护千斤顶和侧护板以及底调千斤顶和横梁变形损坏较多，特别是封装在顶梁和掩护梁内的侧护板千斤顶和封装在底座的底调千斤顶损坏后在工作面现场不能更换，使支架防倒防滑功能丧失[30]，沦为非大倾角支架。

必须强调，目前大倾角煤层综采所用的液压支架是在适用近水平煤层综采支架(立柱垂直顶底板，当处于较大倾角斜面上的支架就会产生使支架倾倒的力矩)上修修补补增加防倒防滑装置所形成的，甚至将近水平煤层的高工作阻力重型支架设计理念照搬用于大倾角煤层支架，如某矿大倾角综采支架质量达45 t，频发倒架且很难扶正。并没有基于大倾角本身考虑设计立柱垂直或近于垂直的自稳的支架(如同人站在斜坡上自稳)，即随着煤层角度的增大，支架重心线始终在底座下边沿上侧，亦即无倾倒力矩，这才是真正意义上的大倾角支架，若支架本身具备重心自调稳那就是“不倒翁支架”。

在实际生产中，支架倒、滑是降低产量影响开机率的最主要原因。如四川攀煤集团6152 工作面，在2016 年发生倒架情况。其原因有：①将上个工作面未经大修的设备用于6152 工作面；②支架过重；③侧调护装置故障；④防倒、防滑装置缺失。该次倒架造成工作面瘫痪直接经济损失逾千万。窑街煤电集团有限责任公司长山子煤矿1125 工作面由于液压支架侧护板故障造成倒架，在3 个月时间内割煤天数仅为30 d，每天割煤1 刀或不足1 刀。

综上所述，大倾角工作面液压支架故障是造成开机率低的主要原因，应充分考虑支架重量、工作阻力和初撑力、侧护板、底调、安全防护装置等因素[31-32]。

1.2.2 采煤机

大倾角煤层综采所用采煤机依然存在牵引阻力剧增，行走动力齿轮断齿，牵引力不足、摇臂中的传动机构润滑不良、装煤效果差。不适应上行割煤。特别是机头处的浮煤量大，无法推移刮板输送机。维护检修难度及安全隐患大，耗时长。

采煤机每班开机率K可表示为

式中，T1为每班或每天开机时间，min；T为每班或每天工作时间，min。

当前影响(制约)大倾角综采工作面采煤机开机率的主要因素为：液压故障多、滚筒装煤效果差、制动可靠性不足、牵引力不足等。大倾角工作面采煤机标准的空缺是除液压支架适应性不足外影响开机率的另一关键原因。

1.2.3 刮板输送机

大倾角刮板输送机主要是采煤机的运行轨道和制动依托，同时抑制采落的煤炭滑滚，因此必须具有很高的强度和可靠的防滑性能。文献[33]分析了采煤机和刮板输送机在大倾角煤层综采实践中的应用效果并论述了持续改进情况。推进输送机持续改进是保证开机率的必要方法。大倾角刮板输送机应立足于结构强度高、防滑可靠和安全防护优良3 个方面。

1)结构强度。大倾角刮板输送机不仅承担着采煤机全部重力，还是采煤机制动与防滑的依托，可采用加强型销排、销排座及单耳增强结构强度。

2)防滑性能。大倾角刮板输送机受自身重力、采煤机重力、底刮板链的运行阻力以及运煤阻力作用，容易下滑。大倾角刮板输送机宜采用全封底整体框架式结构，在减小刮板输送机对煤层比压的同时，可降低底刮板链上行阻力，改善大倾角刮板输送机的下滑状态。

3)安全空间防护。在刮板运输机沿工作面倾斜方向设置由液压系统自动控制的可升降挡煤(矸)板，将工作面人员工作空间与机道隔离，防止煤壁侧的煤(矸)飞蹿伤人。

1.3 工艺因素

工艺因素主要包括割煤、拉架、推移刮板输送机、顶底板管理4 个子因素，如图3 所示。

图3 工艺因素层次结构Fig.3 Hierarchy of technology factors

随着煤层倾角增大，综采工作面就有了上下之分，亦有了采煤机上行和下行之分，并出现飞煤矸或坠物伤及人员和砸坏设备的安全隐患，架前冒顶及支架倾倒下滑频发，工艺难度剧增，产量锐减。

1)割煤。由于煤层倾角增大，采煤机上行阻力增大，上行割煤所需的牵引力也增大，通常牵引力不足。上行割煤装煤效果差，特别是上滚筒割落的煤大多被甩到电缆槽和支架中的行人道，威胁采煤机司机和支架工的安全，也增大了清浮煤量。

2)拉架。一般支架不能做到带压移架(通常所说的带压移架实际做不到，只要操作阀置于降架，立柱缸体下腔的乳化液就直通回液管，同时立柱压力降为零。于是带压移架实为擦顶移架)，移架时支架不能自稳，无防倒防滑时，支架已失稳(下滑倾倒)。改用“少降快拉”(移架前将拉架千斤顶控制阀置于拉架位置，谨慎降架)实现擦顶移架。

大倾角煤层综采支架前移难度大，操作复杂，移架并调架。支架工要经过反复实践积累经验才可熟练掌握拉架。目前大倾角煤层综采支架自动拉架技术尚在研究中。

拉架时要做好防倒防滑，支架拉到位后要调正支架。这是大倾角煤层综采工作面拉架与近水平煤层综采工作面拉架的显著区别。拉架时若忽视防倒防滑并不重视及时调架，就会埋下倒架的隐患。一旦倒架，扶正难度很大，工作面瘫痪，影响1～2 个月甚至更长时间。

3)推移刮板输送机。通常采用随拉架后自下而上推溜。若工作面采用真倾斜布置，只要支架防倒防滑和刮板输送机防滑做好，自下向上或相反推溜应该不会造成刮板输送机上窜和下滑。若工作面采用或调成伪仰斜，若防倒防滑控制的好，只要推溜杆与刮板输送机保持垂直，无论自下而上或相反推溜，每次推溜后，刮板输送机机头相对转载机搭接点向上位移，是刮板输送机沿着伪仰斜的法线方向前移所致，而并非刮板输送机整体上窜。若工作面采用或调成伪俯斜，情况则相反，即若防倒防滑控制的好，只要推溜杆与刮板输送机保持垂直，无论自下而上或相反推溜，每次推溜后，刮板输送机机头相对转载机搭接点向下位移，是刮板输送机沿着伪俯斜的法线方向前移所致，而并非刮板输送机整体下滑。为了抵消刮板输送机下滑量，通常采用伪仰斜布置或调成伪仰斜。但伪仰斜又带来煤壁片帮架前漏冒抽顶加剧的严重问题。所以改为伪俯斜布置，推溜杆与支架前进方向一致，与刮板输送机并不垂直，采用整体推溜，取消S 弯。采煤机随推溜采用滚筒钻入与斜切并加快速牵引速度的联合进刀方式。目前仍在试验中。

4)顶、底板管理。通常多采用采空区自然垮落法管理顶板，当顶板岩性为强度较高的砂岩时需人工强制放顶。大倾角煤层走向长壁采空区冒落矸石沿工作面宏观上呈下部填实中部填疏(松)上部未填(顶板悬空，出现空洞)的典型分区特征。由于采空区顶板历经悬顶-冒落周而复始，所以冒落矸石沿走向宏观上呈谷峰相间或锯齿状(目前的相关研究暂未见涉及)，工作面中上部的顶板呈拉扭复合作用所致破坏冒落，这在试验和现场得到印证。沿倾斜冒落矸石呈向背斜状态，支架沿倾向倾倒严重程度大致呈正态分布。

由于煤层倾角增大，底板因采动损伤扰动易发生滑移，造成采高超高，诱发倒架，冒落大块矸石下冲对支架造成冲击。上下端头支护难度更大，顶底板三角区，两巷超前支护，高帮更难支护，回风巷压力较大。

1.4 人员因素

人员因素包括文化程度、操作熟练程度、责任心、吃苦奉献精神等4 个子因素，如图4 所示。

图4 人员因素层次结构Fig.4 Hierarchy of personnel factors

在大倾角煤层长壁生产系统中人仍然是决定因素，客观的难采条件需要靠人的主观能动性适应并化难为易。

目前，由于煤层赋存条件差，开采成本高，产量低，待遇不高，招不到文化程度较高的从业人员。经过培训实习成为掌握生产技术的熟练技能工，因工资待遇低而辞职另谋待遇高的岗位，年轻人离职较多。综采队很难良性维系。尤其缺少能胜任工作的采煤机司机、支架工、检修的电钳工。

由于产量低、待遇差，辞职换岗频发，无心思留在低收入的综采队干。然而，绿水洞煤矿多年坚持大倾角煤层综采，攻坚克难，综采工作面平均开机率一直处于65%左右，产量在保持60 万t/a。综采队职工热情高，留得住、用得好。

1.5 管理因素

管理因素包括主要指建立健全相应的管理制度、落实管理制度、人员管理、设备管理、成本与绩效核算等，如图5 所示。

图5 管理因素层次结构Fig.5 Hierarchy of management factors

大倾角煤层长壁工作面自然条件差，管理难度大，需要创新管理，特别是在煤矿普遍采用刚性考核的同时应弹性地感情扶持。矿方针对综采队有高产的强烈欲望，追求高待遇、高工资收入的热情，及时对超产进行鼓励并重奖，高产高效综采队基础逐步奠定。

1.6 其他因素

除上述5 类因素外，通风、供电、供水、排水、运输、维修、备件、瓦斯、涌水等(图6)对大倾角煤层综采工作面产量也有不同程度的影响，甚至在某一段时间是主要影响。

图6 其他因素层次结构Fig.6 Hierarchy of others factors

特别的，当顶板存在渗水或淋水现象，如窑街煤电有限责任公司长山子煤矿1125 工作面[34-35]，回采期间，工作面顶板泥岩及顶煤被淋水长时间冲刷，使液压支架顶部悬空，导致稳定支架作用的摩擦力变小，且支架未到达额定初撑力，促使支架失稳，顶煤与顶板破碎漏冒，造成采煤机故障，支架倾倒，严重制约了工作面推进速度。此外，遇水泥化的煤泥淤积堵塞运输系统，特别是煤泥固结成团堵住煤仓放煤口导致不能放煤而被迫爆破疏通。此外，煤层夹矸是造成工作面推进缓慢的另一个重要原因，工作面遇到夹矸初期，采煤机直接截割夹矸，造成滚筒截齿磨损严重，每班必须更换磨钝的截齿，更为严重的是因截割夹矸负载过大导致采煤机摇臂损坏需更换摇臂，工作面煤层夹矸和顶板淋水同时存在，严重制约了工作面累计推进度。

例如某矿因没有备用电机导致电机损坏停工待电机达一周。虽提前预计到缺备用电机，但并未事先落实采购电机。

2 精准对策

基于上述分析，建立影响因素层次结构图，如图7所示，确定各影响因素的权重。地质、设备、工艺、管理、人员和其他各影响因素权重依次为0.252、0.215、0.167、0.125、0.123、0.118。

图7 影响因素层次结构Fig.7 Hierarchy of influence factors

依据权重高低制定提高综采产效的精准对策。

需要采取相应的对策解决制约大倾角煤层长壁工作面综采产效低下的问题。对策的关键在于精准。精准体现在精准探测、精准检修、精准操作、精准管理、精准培训和精准补充等6 个精准对策。

1)精准探测。精准探测，旨在针对大倾角煤层断层和褶皱等地质构造发育，采用地质雷达、曹波等先进勘探技术对拟采块段进行精准探测，查清断层产状和褶皱形态，为大倾角煤层综采应对地质构造决策提前做好进准预测。2021 年攀煤花山煤矿针对6143 大倾角煤层大采高综采工作面可能遇到断层影响回采，委托某研究院进行槽波勘探，查清了断层赋存状态，为过断层回采决策提供精准的科学依据。

2)精准检修。精准确定设备故障是精准检修的基础。开机率精准监测是精准确定设备故障的前提。精准监测反映在从时空四维度上精准监测工作面故障，即何时(t)何处(x,y、z)出现的何种故障(X)。t可以精准至分钟，x,y、z可以精准至具体的设备部件位置。通过具体的现场跟踪采煤机进行开机率监测，及时完整地记录采煤机开停时间(精确至分钟)，停机位置(一般为以所在支架的编号准确定位)和停机(故障)原因并填入开机率监测表中(表1)。

表1 开机率监测原始记录Table 1 Monitoring original record of operation rate of coal mining machine

某种原因造成停机的持续时间(故障时间)Δt由式(1)计算。

若采煤装有开停机监测系统，可将现场开停机记录与监测原始数据比对并修正以提高监测的精准性。

每日对开机率监测记录进行数据处理形成开机率监测日报，日报内容包括每班开机率、日平均开机率、各类故障持续时间与故障总累积时间以及按持续时间或累积时间对故障进行排队以得出最大故障并对影响开机率进行综合分析提出提高开机率建议，为提高开机率决策提供科学的定量依据。绿水洞煤矿试采工作面就采用开机率精准监测找出故障及持续时间并排序，分类排除故障提高开机率，提高工作面产量，获得良好效果。

综采工作面产量由式(3)计算：

式中，QS为实际日产量，t；K为采煤机开机率，%；Q为日生产能力，t。其中日生产能力计算公式为

式中，N为每日割煤刀数；L为工作面长度，m；M为采高，m；C为采出率，%；B为采煤机截深，m；p为煤的体积质量，t/m3。

由式 (3)和式(4)得：

以花山矿6152 工作面为例。该工作面平均斜长140 m，工作面平均采高为4.91 m，每刀循环进度0.8 m，每天按2 刀，容重为1.4 t/m3，采出率 95%，该工作面设计月产量由式(4)得：

但在实际开采过程中，由于过断层、支架倾倒等原因影响下，月实际产量为5 000 t/月，由式(5)求得开机率为25%，在其余条件不变的前提下，提高开机率是提升产量的惟一途径。

目前，大倾角煤层长壁综采月产基本徘徊在3万～6 万t，且随着煤层倾角的增大故障率跃升、开机率骤降，产量锐减。大倾角煤层长壁综采低产低效之所以还可维持简单再生产要得以于煤质优良、价格较高、运距较短、用户急需、供不应求。在供不应求，价格不变前提下，唯有提高产量(高出盈亏平衡点产量)才能增加收入，否则就亏损。

某大倾角煤层综采工作面单位固定成本118 元，单位变动成本约316 元，售价400 元/t，盈亏平衡点为1.4 万t/月(图8)。

图8 盈亏平衡图Fig.8 Break even

加强设备的精准检修是可修复故障类型设备恢复功能的最有效举措。精准检修需要精准定位故障、精准备件、精准修理。特别是要配备足够的熟练修理技能工和配件，尽可能快地修好，为提高开机率赢得时间。当然日常精准维护保养更为重要，以保障设备尽可能不出或少出故障。高质量的设备可靠性高(亦即故障率低)，价格昂贵。经济实力强的煤矿都首选高可靠性的设备，以确保高开机率。目前煤矿所用的大倾角综采设备可靠性较近水平和缓倾斜综采设备要低甚至低的多。

3）精准操作。精准操作是用好设备发挥设备性能的前提和基础，需要能胜任精准操作的熟练技能工承担。目前大倾角煤层长壁综采工作面急需采煤机司机和支架工。只有这两者的紧密配合精准操作才能保证工作面“三直两平”的工程质量，才能为提高开机率创造条件。

4)精准管理。精准管理是依据开机率监测的按照故障影响时间从大到小对故障排队的精准监测结果，对故障进行有的放矢地进行精准管理。如果一段时间工作面内部故障多，就加强工作面内部的精准检修管理；如果另一段时间工作面外部故障多就请求矿方协调从外部系统上排除故障的精准管理。特别是遇到工作面过断层、支架倾倒导致开机率极低，产量几乎为零的被动局面，矿方应结合工作面及员工实际精准管理，及时奖励，确保出勤，尽快扭转被动局面，恢复工作面生产以提高开机率，进而提高产量。

5)精准培训。精准培训是精准操作的基础和前提，尤其针对大倾角煤层综采队职工整体文化程度和技术水平偏低应进行精准培训，特别是采煤机司机和支架工的培训，也应重视电钳工的培训，确保操作人员能适应大倾角煤层综采的操作技术需要。

6）精准补充。精准补充是针对具体的大倾角煤层综采工作面实际，除上述5 种精准对策未涉及的方面应进行及时补充完善，如遇到工作面顶板淋水时，应精准探测水源做好精准防治水，确保工作面正常推进。

应当指出，目前煤矿自动化、智能化发展迅速，近水平缓倾斜中厚煤层自动化智能化综采工作面技术不断完善并趋于成熟，实现了有人值守无人操作的工作面是煤矿减人提效的核心技术和根本途径。煤矿的智能化是煤矿安全高效最终无人化的必由之路[36～38]。

大倾角煤层综采目前仍处于多人操作的劳动密集型，用人多效率低。当务之急是在现有条件下尽可能提高工作面产量和效率。随着煤矿自动化智能化综采技术的日趋完善，同时也应更加关注并为大倾角煤层综采实现自动化智能化奠定基础。目前攀煤集团小宝鼎煤矿已在攀枝花矿区率先进行较大倾角煤层的综采智能化试验，为攀煤集团大倾角煤层综采智能化积累经验，以从根本上实现大倾角煤层综采工作面减人提效之目标。