综采工作面回采工艺分析

周 斌

（霍州煤电集团吕梁山煤电公司店坪煤矿综采队，山西 吕梁 033100）

引言

我国煤炭资源分布范围较广，在多年的开采基础上主要以简单煤层开采，以急倾斜薄煤层为例的复杂煤层的开采由于地质、煤层条件复杂难以实现机械化开采，主要以爆破开采为主，甚至会放弃开采，对应的生产效率低下、事故频发、资源浪费的问题突发。因此，针对急倾斜薄煤层设计合理、有效的开采工艺，并制定或设计高效的回采工艺过程是提升回采效率、保证生产安全的基础[1]。本文以急倾斜薄煤层为例重点对其回采工艺进行设计，并对其综采设备稳定性进行分析。

1 采煤方法的确定及基本参数的选择

目前，综采工作面开采主要以刨煤机、滚筒采煤机为主，其无法适用于急倾斜薄煤层工作面，存在巷道开挖量大、效率低以及搬家次数多等问题。同时，急倾斜薄煤层所属工作面的顶底板条件较差、煤层条件也较差[2]。鉴于上述问题，将重点以急倾斜薄煤层工作面为例开展研究。

根据综采工作面布置方式不同，开采方式可分为走向长壁综合机械化开采和倾斜长壁综合机械化开采。结合经验表明，当工作面煤层倾角小于12°时，一般将倾斜长壁综合机械化开采方式应用于缓倾斜薄煤层以及中厚煤层的工作面。但是，基于走向长壁综合机械化采煤方式具有开采效率高、安全性高的问题；其中，对应的工作面布置方式可以分为真倾斜、仰伪斜以及俯伪斜三种方式。

工作面的布置方式主要与倾角大小，设备下滑以及倾倒等情况综合确定。对于仰伪斜布置方式虽然设备的稳定性较高，但是对应的安全性较低极易对工作人员造成威胁；对于俯伪斜布置方式而言，所开采的煤炭可通过煤壁自溜，降低对工作人员威胁的概率；同时，该种布置方式可以有效解决设备下滑的问题[3]。

综上所述，针对急倾斜薄煤层工作面采用俯伪斜综合机械化开采方式，具体工作面布置，如图1 所示。

如图1 所示，基于俯伪斜综合机械化开采方式的工作面布置，分别在采区上方和下方布置上顺槽和下顺槽，并基于俯伪斜布置的切割巷实现上顺槽和下顺槽的贯通。

图1 俯伪斜综合机械化开采工作面布置

针对急倾斜薄煤层综采工作面所采用的俯斜综合机械化开采方式涉及到布置参数包括有工作面长度、工作面的推进长度以及伪倾斜布置角度。结合本工程类似项目的参数及相关适应性基础研究，确定工作面基本布置参数，如表1 所示。

表1 工作面基本布置参数

2 急倾斜薄煤层回采工艺研究

急倾斜薄煤层工作面回采工艺涉及到采煤工艺、运煤工艺、工作面支护、推溜拉架等方式的确定。

2.1 采煤工艺的确定

双滚筒采煤机与单滚筒采煤机相比具有落煤效率高、适应性强等优势。本工程将采用双滚筒采煤机为主题完成生产任务。

对应的采煤机截割方式选择双向割煤，该种方式具有利用率高、生产效率高的优势，顶板维护相对单向割煤简单[4]。

采煤机的进刀方式包括有推入式、钻入式以及斜切式三种。其中，推入式进刀方式涉及到的作业人员和作业工序较多；钻入式进刀方式对设备的温蒂西宁要求较高；斜切式进刀方式工序简单、进刀阻力小。因此，本工程选用斜切进刀方式，并具体采用端部进刀。

2.2 运煤工艺的确定

鉴于急倾斜薄煤层工作面大倾角的特点，所开采的煤炭可在伪倾角的作用下通过煤壁自然落下，对应的可直接采用自溜方式运输。

2.3 工作面支护工艺

工作面支护工艺包括有工作面支护、顶底板管理、安全出口支护。

2.3.1 工作面支护

针对急倾斜薄煤层综采工作面，结合MT 556—1996 的相关标准要求，采用常规的液压支架即可满足对工作面的整体支护，实现对工作面顶板和底板的保护，对垮落矸石进行隔离。

2.3.2 工作面顶板管理

本工程采用常规的全部垮落法对其顶板进行管理。具体阐述如下：液压支架向前推动时，后方顶板自然垮落；针对综采工作面的上端部采用单体液压支柱与半圆木相结合的方式进行支护；针对综采工作面的下端部采用单体液压支柱并配备铰接顶梁的方式进行支护。此外，为保证工作面液压支架的稳定性在工作面下端部增加排头架[5]。

2.3.3 上下安全出口的支护

针对工作面上安全出口采用单体液压支护与半圆木相结合的方式进行支护，具体支护，如图2 所示。

图2 上安全出口支护示意图

如图2 所示，单体液压支柱的间距为0.7 m。

针对工作面下安全出口采用π 型的排头支架进行支护，排头支架的数量为6 组；在下安全出口的下端巷道采用单体液压支护进行支护，且液压支柱的间距为0.8 m、液压支柱排的间距为0.6 m。下安全出口的支护效果，如图3 所示。

图3 下安全出口支护示意图

3 工作面回采工艺过程

在上述对采煤工艺、运煤工艺以及支护工艺设计的基础上，结合现场实际情况具体确定回采工艺过程。整体上讲，工作面采煤机自上而下进行截割煤，并对下方的煤块通过端部斜切进刀的方式进行截割；截割完成后推移导向系统，最终自下而上实现液压支架的移架工作。具体阐述如下：

1）工作面的采煤机、液压支架以及导向系统安装完毕后，将采煤机的截割头布置于煤层的上端头，准备截割任务；

2）将采煤机上空行15 m～20 m 后，将采煤机下部的导向系统逐渐推移至煤壁；

3）对煤层的下端三角煤进行截割；

4）完成工作面导向系统及液压支架的移架工作。将限推油缸收回，将斜拉油缸深处，完成导向系统的推移工作；按照工作面液压支架的顺序依次完成移架工作。

4 结语

一直以来，我国针对急倾斜薄煤层的开采处于相对薄弱的状态，在实际生产中存在效率低下、安全性低的问题。针对此情况，本文结合实际工程实践为急倾斜薄煤层的综采提出了采用伪倾斜工作面的布置方式实现综合机械化开采，并对关键的工作面、上下安全出口等位置进行支护设计。针对采煤机在急倾斜薄煤层综采设计具体的回采工艺过程，指导实际生产。