关于厚煤层不同回采工艺的对比分析研究

冯 杰

（同煤集团永定庄煤业公司机掘三队， 山西 大同 037024）

引言

某矿区拥有非常丰富的煤炭资源并且拥有简单的煤层赋存结构，经过大量的前期勘测后，发现该区域平均的煤层可采厚度达到了11.36 m。当前阶段该煤矿已经开始生产，且整个生产过程实现了机械化，通过分层综合机械化工艺进行采煤。现在使用的采煤工艺虽然具备一定的经济效益，但在实践中存在部分问题，最显著的缺陷在于巷道开拓准备工作量非常大，且对巷道的维护存在较大困难，需要花费很多人力、物力和财力。这些不足之处限制了煤矿开采效率以及企业经济效益的提升[1-2]。基于此，有必要对煤矿开采工艺进行重新设计研究，进一步提升开采效率和经济效益，保证煤矿企业的可持续发展。本文在充分考虑煤矿实际情况的基础上，对比研究了不同回采工艺对采煤效率的影响，以期得到最佳的回采工艺。

1 工作面位置及其长度的确定

1.1 工作面位置的选择

考虑到煤矿已经在正式开采，结合煤矿后期的发展计划和部署，在煤矿内选择一块区域开展相关的试验工作，实现工作面回采工艺的优化，提升回采效率，为煤矿企业创造更大的经济效益。所选择的区域平均煤层的厚度达到了11.36 m，属于厚煤层，煤层倾角在7°～12°范围内。

1.2 工作面长度的确定

因为煤矿首次开展综放试验工作，所以拥有相对较好的自然冒放性，自然发火期也非常短。所以在工作面推进过程中可以在一定程度上提升推进的速度。同时还需要采取措施对顶煤进行弱化处理，可以采取的措施主要包括煤层注水以及顶煤欲裂等。综合考虑多方面因素，最终选择工作面倾斜方向的长度为150 m。

煤矿当前阶段采用的是三班倒方式进行生产，即有三班人员，每班人员工作8 h，实现24 h连续生产。总共安装了94台液压支架，其中有6台液压支架属于过渡支架，每2台液压支架之间的间隔为1.5m。根据相关实践经验，每台液压支架放煤时间大约为2.5 min。其中可以不用计算过渡液压支架的时间。那么完成1个循环需要的放煤时间是225 min。若将2个放煤口同时工作，那么完成一个循环需要的放煤时间就会减半，为112.5 min。在只有1个放煤口工作的情况下，1个班组可以实现2个循环。那么1个工作日3个班组就可以实现6个循环。当前阶段煤矿使用的采煤机滚筒截深为0.865 m，实际有效截深按照0.8 m进行计算。每个工作日可以推进的距离是0.8×6=4.8 m，每年实际有效工作时间按照330 d进行计算，那么每年可以推进的距离是4.8×330=1 584 m。按照这样的采煤速度，预计每年产量可以达到300万t左右。需要说明的是，每台液压支架的放煤时间通过强化日常管理还有进一步缩小的空间。通过在实践中不断总结工作经验，能够在一定程度上提升日循环数量，使得煤矿的年产量得到进一步提升。

2 割煤高度和放煤高度的确定

放顶煤高度和采煤机破煤高度两者之和称为采煤高度，采煤机破煤高度与放顶煤高度之比称为采放比[3-4]。按照我国煤矿安全相关规章制度，如果煤矿的采放比超过了1∶3，就不得通过放顶煤开采模式进行回采。采用放顶煤开采模式时，煤炭的采出量可以由两部分构成，第一为顶煤放出的煤量，第二为采煤机的实际采煤量。煤层高度一定，采煤机采高越大，那么对应的放煤高度就降低。此时对顶煤冒放性更加有利，可以显著提升顶煤回收率。缩短放煤作业时间，进而缩短采煤机作业时间，使得整体采煤工作效率显著提升，加大整体的产量。但是矿山压力会随着采煤机采煤高度提升而显著增加，这对液压支架的性能提出了更加严格的要求。

在考虑我国煤矿安全相关规章制度的基础上，结合本煤矿实际情况来确定采煤机破煤高度和放顶煤高度。

2.1 割煤高度

在确定割煤高度时，需要考虑多方面的因素，主要包括以下几点[5-6]：

1）破煤速度和截割高度应该相互匹配，使采煤机性能得到最大程度发挥；

2）确保工作面通风达到相关规章制度的要求，保证井下工作人员的安全；

3）回采工作面工作空间应该满足实际作业需要。结合当前我国采煤工艺技术情况，综放工作面采煤机的截割高度通常在2.5～3.6 m范围内，在充分考虑煤矿煤层地质条件以及当前阶段生产实际需要的基础上，将工作面采煤机割煤高度确定为3 m。

2.2 放煤高度

将整个煤层厚度去除工作面采煤机截割高度后，剩下的就是放煤高度。前文已述，煤矿的平均煤层厚度为11.36 m。因此，放煤高度值为11.36-3=8.36 m。

3 放煤步距对顶煤回收率的影响研究

相隔放煤循环之间整个工作面往前推进的长度被称为放煤步距。为了保证采煤工艺的匹配性，在确定放煤步距时，按照采煤机滚筒实际有效截割深度的整数倍取值[7]。在实际应用中采煤步距有很多种模式，其中最为常见的主要有三种模式，分别为采一放一、采二放一、采三放一。煤矿使用的采煤机滚筒有效截割深度为0.8 m，对应上述三种模式，放煤步距分别为0.8 m、1.6 m、2.4 m。通过专业的数值模拟软件，对以上三种模式分别进行模拟分析，对比不同模式对顶煤回收率的影响，以确定最佳的放煤步距。

3.1 不同放煤步距下的顶煤回收率

3.1.1 放煤步距为0.8 m时

按照前文设置的采煤机截割高度3 m，放煤高度8.36 m。当放煤步距为0.8 m时，经过16个循环的放顶煤后，理论计算得到的出煤量应该为20 526 t，经过数值软件模拟得到的实际放煤量为17 745 t，计算得到的回收率为86.45%。

3.1.2 放煤步距为1.6m时

将放煤步距设置为1.6 m时，经过16个循环的放顶煤后，理论计算得到的出煤量应该为20 696 t，经过数值软件模拟得到的实际放煤量为16 986 t，计算得到的回收率为82.07%。

3.1.3 放煤步距为2.4m时

将放煤步距设置为2.4 m时，经过15个循环的放顶煤后，理论计算得到的出煤量应该为20 497 t，经过数值软件模拟得到的实际放煤量为15 988 t，计算得到回收率为78.01%。

3.2 最佳放煤步距的确定

对不同放煤步距对应的顶煤回收率进行统计分析，0.8 m、1.6 m和2.4 m时对应的顶煤回收率分别为86.45%、82.07%和78.01%。从以上数据中可以明显看出，将放煤步距设置为0.8 m得到的顶煤回收率最高。因此，将煤矿的放煤步距设置为0.8 m。

4 放煤方式对顶煤回收率的影响研究

煤矿井下综采工作面，放煤口启动数量、启动顺序、每个口的放煤量都会对煤矿开采效率产生影响。放煤方式指的就是上述相关参数的组合。当有多个放煤口时，不同放煤口的启动顺序可分为两种，即间隔、顺序放煤。根据放煤次数不同又有单轮、两轮、多轮放煤之分。在充分借鉴其他煤矿放煤方式的基础上，结合煤矿实际情况。将上述两种放煤分类方法进行组合，适用于本煤矿的主要有三种放煤方式。下面分别对这三种放煤方式进行对比分析。

4.1 不同放煤方式下的顶煤回收率

4.1.1 单轮间隔放煤

在采煤时，首先将编号为单号的液压支架放煤口进行开启放煤，待到有岩石流出时，将相关的放煤口进行关闭。然后将液压支架往前推进一定距离，再次将编号为双号的液压支架放煤口进行开启放煤。这种放煤方式得到的顶煤回收率为83.22%。

4.1.2 单轮顺序放煤

按照先后顺序依次将液压支架的放煤口打开进行放煤，待到有岩石流出时将放煤口进行关闭，整个放煤过程结束。这种放煤方式得到的顶煤回收率为78.13%。

4.1.3 多轮顺序放煤

首先将编号为单数的液压支架放煤口开启进行放煤，当顶煤流出一半左右时将放煤口关闭。然后再将编号为双数的液压支架放煤口开启进行放煤。按照这样的模式重复两次左右就可以把顶煤放完。这种放煤方式得到的顶煤回收率为85.54%。

4.2 最佳放煤方式的确定

对上述三种放煤方式的顶煤回收率进行统计分析，结果分别为83.22%、78.13%、85.54%。可以看出，在工作面采煤机截割高度为3 m、放煤高度为8.36 m时，利用多轮顺序放煤方式时具有最高的顶煤回收率。因此，在实践中可以采用多轮顺序放煤工艺。

5 结论

某煤矿当前阶段采用的工作面回采工艺在实际应用中存在一定的问题，不利于采煤工作效率以及煤矿企业经济效益的提升。本文在充分借鉴其他煤矿实践经验的基础上，对煤矿的工作面回采工艺进行重新设计，将采煤机截割高度和放煤高度分别设置为3 m和8.36 m、将放煤步距设置为0.8 m，采用多轮顺序放煤工艺时具有最大的顶煤回收率，显著提升了工作面回采工作效率。