大倾角工作面综采工艺的生产实践

叶海涛

（山西省大同市同煤集团云冈矿， 山西 大同 037017）

煤炭开采受制于各方面的条件，包括有矿井所在地质、水文条件，煤层情况及煤炭种类等。近年来，随着采煤技术及综采设备自动化水平的不断提升，我国的采煤效率得到了显著提升。但是，针对大倾角煤层而言其综采工艺依然是当前研究的问题。尽管大倾角（35°～55°）煤层在我国煤炭储量仅占17%左右，但是我国西部地区的煤层50%以上均为大倾角煤层，而且我国煤炭开采重点已经向西部偏倚。其次，对于其他容易开采的煤层的储量已经越来越少，为了保证社会对煤炭的需求，急需提升大倾角煤层的开采效率[1]。因此，当前急需解决大倾角煤层开采水平远低于缓倾斜煤层开采水平的问题。本文针对大倾角煤层开展生产实践的研究，为提升大倾角煤层的开采效率积累经验。

1 工程概况

本文所研究的工作面为某矿31990，该工作面的标高为地下48～67 m，工作面下部为为开采实煤体。31990 工作面的走向长度为540 m，倾斜长度平均为80 m，面积为43200 m2，倾角为35°～42°，平均倾角为37°，煤层厚度为4.8 m，煤层的普氏硬度小于0.5，预估计工业储量为296525 万t，实际可开采储量为275768 万t。

煤层顶板（伪顶、直接顶、老顶）：描述煤层顶板岩石性质、层理、节理、厚度、强度（硬度）、顶板分类等情况及其变化情况。煤层顶底板岩层情况如表1所示。

最大涌水量30 m3/h，正常涌水量为0～8 m3/h。瓦斯绝对涌出量为0.429 m3/min，瓦斯相对涌出量为2.65 m3/min，属于瓦斯矿井。煤尘爆炸指数：15.33%、煤尘具有爆炸性，自燃倾向性等级：Ⅱ级，易自燃。

表1 31990 工作面煤层顶底板岩层情况表

2 采煤工艺的选择

综合分析现有采煤技术及煤层情况，可采用的采煤工艺包括有综合机械化放顶采煤工艺和炮采放顶煤工艺。经可知有如下情况禁止采用炮采放顶工艺：

1）煤层厚度小于4 m。

2）工作面回采率达不到相关标准规范要求。

3）矿井属于瓦斯矿。

4）矿井工作面水文情况相对复杂，开采后可能存在透水事故隐患[2]。

经研究，该矿31990 工作面的瓦斯绝对涌出量为0.429 m3/min，瓦斯相对涌出量为2.65 m3/min，属于瓦斯矿井。因此，31990 工作面不适宜采用炮采放顶煤工艺。此外，综采工艺下的产出比远高于炮采工艺。从支护方面而言，采用综采工艺可确保液压支架和煤层顶板底板的接触面积大，从而提升了支护的安全性[3]。

总之，从技术、经济效益以及安全性方面对比分析后，31990 工作面采用综合机械化放顶采煤工艺，本文对综采工艺在31990 的实践应用进行研究。

3 大倾角工作面的生产实践

3.1 巷道布置

该矿31990 工作面的大倾角煤层部分采用U型钢支护方式，其余缓倾斜煤层采用工字钢梯形支护方式。其中，U 型钢支护方式下的断面积为10 m2；工字钢梯形支护方式下的断面积为7.3 m2。

3.2 综采工作面参数设计

31990工作面沿倾向布置，且采煤机的推进沿走向推进，即采用走向长壁采煤法。大倾角煤层工作面长度为80 m。

根据当前采煤机的牵引速度为3 m/min，采煤机的实际开机率为0.32。由于采煤机每刀的循环进度为0.6 m，每天采煤机滚筒循环4 刀，即采煤机每天的循环进度为2.4 m，也就是说采煤机每天在工作面推进的长度为2.4 m。则，采煤机每月的推进长度为72 m。

3.3 综采设备的选型

已知31990 煤层工作面的各种条件及所设计的采煤工艺对该工作面的综采设备及其工作方式进行选型设计。

3.3.1 采煤机的选型

鉴于该工作面的煤层相对稳定，故采用采煤双向割煤的方式对煤层进行截割，且采用斜切进刀的方式[4]。31990 采煤机进刀过程如图1 所示。

图1 31990 采煤机进刀方式

综合分析，所选采煤机的型号为MG160/374-WD 电牵引双滚筒采煤机。基于该采煤机的回采流程如下：割煤—移液压支架—推前部运输机—放顶煤—移后部刮板运输机。值得注意的是，液压支架的移架步距为600 mm，移后部刮板输送机时应滞后采煤机10m以上。

3.3.2 刮板输送机的选型

根据刮板输送机的关键选型原则，其运量为采煤机割煤量的1.2 倍，而且中双链刮板输送机的应用效果最佳。因此，31990 工作面所采用的刮板输送机的型号为SGZ630/264 可弯曲刮板输送机。该刮板输送机的运输能力为450 t/h，长度为150 m。

3.3.3 液压支架的选型

液压支架作为工作面支护设备，其直接决定综采工作面生产的安全性[5]。鉴于31990 工作面顶板的来压周期不明显，且具有较大的剪切阻力和移位现象。综合考虑，31990 工作面所采用的液压支架类型为支撑掩护式放顶煤支架。根据式（1）计算液压支架的工作阻力：

式中：F 为工作阻力；P 为顶板压力（支架宽度1.3 m与控顶距4.2m的乘积）；S 为支护面积；M 为工作面采高，M＝2 m；R 为工作面顶板岩重，R＝25 kN/m3；K为安全系数，K＝1.3。

经计算，液压支架的工作阻力为1419.6～2839.2 kN。因此，31990 工作面煤层所选用的压液压支架型号ZF3200/16/26，该液压支架可承受的工作阻力为3200 kN。

4 结语

大倾角煤层作为我国未来煤炭开采的方向，通过优化其综采工艺，进而达到提升其采煤效率和安全性的目的是刻不容缓的。对于大倾角煤层而言，目前应用可靠性较高的采煤工艺为综合机械化放顶采煤工艺，实际生产中需根据矿井水文、地质情况以及煤层情况设计相应的采煤工艺并对其综采设备进行选型，已达到相互配套，进而极大提升采煤效率和安全性的目的。