浅埋深易自燃特厚煤层综放工作面长度的优化

任耀飞，宋作文

（潞安新疆伊犁煤化工有限公司 山鑫煤矿，新疆 伊犁 835300）

浅埋深易自燃特厚煤层综放工作面长度的优化

任耀飞，宋作文

（潞安新疆伊犁煤化工有限公司 山鑫煤矿，新疆 伊犁 835300）

合理综放工作面长度的确定是矿井实现安全、高产、高效、高采出率的基础，通过分析影响工作面长度的地质、技术以及经济因素，并总结国内外相关研究成果，对山鑫煤矿综放工作面的长度进行了优化。

综放工作面；长度；优化

山鑫煤矿是2008年由潞安新疆煤化工（集团）有限公司积极响应新疆维吾尔自治区实施的煤炭优势资源战略转化而整合的生产矿井，矿井可采储量4713万t，生产能力60万t/a，矿井服务年限56.1a。主采煤层M8煤层具有埋藏浅（埋藏深度62～89m）、易自燃（自然发火期小于3个月）、厚度大（平均厚度24m）、倾角小（小于4°）等特点，综合矿井地质条件、现有技术条件、以及要实现的经济目标，对矿井综放工作面长度进行优化。

1 地质及条件

1.1 煤层赋存特征

表1 工作面煤（岩）层顶底板主要情况

山鑫煤矿主采煤层为M8煤层，为中下侏罗统水西沟群的西山窑组，煤厚19.20～31.45m，平均24.86 m，含夹矸0～1层，属于稳定煤层，倾角0°～4°。直接顶板为以粉砂岩和细砂岩为主，厚度一般在1.84～16.79m。老顶为细砂岩、中砂岩、含砾粗砂岩，厚度在9.50～20.28m，岩石强度低，泥质胶结，遇水易崩解。煤层直接底板以泥岩、泥质粉砂岩为主，厚度一般在1.08～16.10m。老底为粉砂岩、细砂岩和粗砂岩为主，厚度在7.15～19.85m。工作面煤（岩）层顶底板主要情况见表1，煤层综合柱状图见图1所示。

图1 煤层综合柱状图

矿区范围内地层有波状起伏，煤层底板表现为中部略低，四周略高的盆地，未发现地层褶皱及断层构造，井田构造复杂程度为简单类（一类）。瓦斯相对涌出量1.98m3/t、瓦斯绝对涌出量0.28m3/min，暂定为低瓦斯矿井。煤层煤尘具有爆炸性，且煤层属于易自燃煤层，自燃发火期3个月。

1.2 开采条件及方法

拟采面18021工作面地质条件较为简单，局部底板出现起伏变化，直接充水含水层单位涌水量小于0.1 L/s·m，正常涌水量为 3328.61m3/d，最大涌水量3761.33m3/d。井田水文地质条件划分为二类一型，即以裂隙含水层为主、水文地质条件简单的矿床。

山鑫煤矿拟对24m厚煤层进行分层开采，首先开采上分层，即对上分层12m顶煤进行综放开采。拟采18021工作面，采用后退式地位放顶煤综合机械化采煤法，工作面采高（3.0±0.1）m，放煤高度9m。

工作面“三机”设备见表2。

表2 综放工作面设备

2 工作面长度优化

2.1 拟采18021工作面特征

18021综放工作面，拟采用后退式低位放顶煤综合机械化采煤法，顶板管理采用全部垮落。工作面采用双巷布置方式，皮带顺槽用于进风、供电、供水、供液、运煤，轨道顺槽回风及运料。风、运两巷均为全锚网支护，均为实体煤掘进。

2.2 按地质因素优化

地质因素主要有煤层厚度和强度、煤层倾角、断层和大褶曲、夹矸及其厚度、顶底板岩性、瓦斯涌出量、煤层自然发因素等。

煤层厚度和强度影响顶煤的冒放性、放煤速度和放煤工作量，由此影响正规循环作业。煤层过厚，需要多轮放煤，放煤速度慢，工作面不宜过长。我国放顶煤实践证明，煤厚大于10m的综放面长度在100m左右；煤厚6～8m时，工作面长度一般为150～180m[2]。

煤层倾角是影响工作面长度的重要因素。倾角愈大，设备稳定性愈差，工作面不宜过长。我国倾角30°以上的综放面长度一般为40～70m，缓斜煤层的综放面长度都在100m以上。

断层、大褶曲等地质构造，对放顶煤开采的影响相对较小，除落差大于煤厚的断层需要缩短或加长工作面外，一般均可平推硬过。

夹矸厚度对工作面长度的影响，主要是对割煤和放煤速度的影响。若夹矸位于煤层下部，则影响采煤机截割，此时要小截深，慢牵引，工作面不宜过长；若夹石层位于煤层中上部，其厚度又大，则影响放煤速度，且要处理大块矸石，工作面也不宜过长。

顶底板岩性也有影响。坚硬顶板因不能及时冒落，影响顶煤采出率，需要专门的预处理弱化。由于向顶板打深孔的限制，工作面不宜过长。大同忻州窑矿的实践认为，两条工艺巷时，一般不超过150～160m；一条工艺巷时不超过100m。对于顶底板均松软的“三软”煤层，过长的工作面容易造成中部架前漏冒、支架钻底等影响正规循环，故近水平煤层一般为100m，倾角20°以上时，80m以下为宜[3]。

通常矿井瓦斯和煤的自燃发火是一对矛盾，就解决瓦斯而言，除加大瓦斯抽放力度外，增加风量是降低风流中瓦斯浓度的有效途径之一；就解决火而言，除采取必要的防灭火措施外，减少风量（负压），是防止煤层自燃的有效途径之一。由此可见，对于开采易自燃易发火的煤层，在保证瓦斯浓度不超限并符合风量、风速、温度的前提下，应尽量降低风量（负压）。合理选择采煤工作面倾斜长度及合适的采煤方法，对解决开采过程中瓦斯超限和防止煤层自燃发火十分重要。所以在确定工作面长度时，应该充分考虑这一因素。

放顶煤工作面的长度，主要根据工作面合理的日推进度和日产量来确定。考虑到放顶煤工作面有自然发火因素，就必须保证工作面的最低日进度，如果放顶煤工作面的长度太大，工作面的推进速度很慢，在采空区就容易产生自燃发火。目前放顶煤工作面长度一般为80～180m左右。工作面长度按下式计算[1]

式中，

L为工作面长度，m；

Qr为工作面日产量，t；

S为工作面日推进度，m；

H为煤层厚度，m；

γ 为煤体容重，t/m3；

C为工作面回采率，%。

按年产60万t产量计算，正常工作300 d，18031工作面日产量约为2000 t；考虑自然发火期短，要求工作面月推进至少30～40m，日推进S取1.2m计算；煤层厚度H取12m；煤体容重γ取1.35 t/m3；工作面回采率C取80%；代入式（1）有

工作面的日推进度与煤层厚度和煤层自然发火期以及顶煤的稳定性有关。当煤层自然发火期短时，要求工作面保持较快的推进速度；煤层厚度大，放煤时间长，工作面的推进速度较慢；当工作面控顶区顶煤的稳定性较差时，要求工作面保持较高的推进速度，以利于工作面的顶板管理。

2.3 按技术因素优化

技术因素主要有工作面输送机的铺设长度和运输能力、生产管理水平、端头顶煤损失率等。

目前国产刮板输送机的铺设长度一般不超过300m，选择工作面的合理长度一般应小于刮板输送机的铺设长度。因此，对煤层厚度较小、采煤机割煤时间大于放顶煤时间的日产万吨综放工作面，其长度以180～200m为宜；对煤层厚度大、放煤时间长的工作面，其长度可减少为100～180m。

从生产管理来看，综放面较普通综采面多一部输送机，多一道放煤工序，而这一工序的出煤量，占工作面总出煤量的一半以上，因此在管理上增加了一定难度，减少后部输送机的运行阻力等，是生产管理的重点，在某种意义上使工作面长度受到限制。

工作面长度对端头顶煤损失率的影响是显而易见的。从端头架到中间架一般安设2～3架过渡架，过渡架目前基本不放煤或少放煤，因此每个工作面都有约6架左右的顶煤丢失，即端头损失率为

式中，

dd、d分别为顶煤厚度、煤层厚度，分别取9m和12m；

Ld、L分别为端头不放煤长度、工作面长度，分别取10m和60m、80m、100m、120m……；

n为放煤比率。

图2为6架过渡架不放煤时工作面长度与端头顶煤损失率的关系。由图2可知，若使端头损失率降至6%以下，则工作面长度大于125m。

图2 工作面长度与端头损失的关系

3 结束语

（1）综放工作面长度受地质因素、技术因素共同决定。其中地质因素是基础，技术因素是手段。在地质因素可能的条件下，运用技术因素的手段，来达到经济因素的最佳目标。

（2）经过理论分析和计算，确定18021工作面合理长度在130m左右。在确定工作面具体长度时，可以按照支架宽度和支架个数进行确定。

[1]黄庆国，李纯宝.综放工作面参数分析[J].山东煤炭科技，2009，(1)：79-82.

[2]靳文学，靳钟铭.综放合理工作面长度分析[J].太原理工大学学报，2000，5（31）：508-510.

[3]伊茂森.神东矿区浅埋煤层大采高综采工作面长度的选择[J].煤炭学报，2007，12（32）：1253-1257.

Length Optimizing of Fully Mechanized Caving Face in shallow,Spontaneously Inflammable and Specially Thick Coal Seam

REN Yao-fei，SONG Zuo-wen
(The Mine of Lu‘an Coal Checimal Industry Co.,Ltd.，YiliXinjiang835300，China）

Reasonable length of fully mechanized caving face is the basis of safety,high production,high efficiency,high extraction rate of coal mine.By analysis of the geology,technique and economic factors,also summarizing the related research achievements at home and abroad,the length of fully mechanized caving face in shanxin mine is optimized.

fully mechanized caving face;length;optimization

TD214

B

1672-545X（2011）08-0211-03

2011-05-19

任耀飞（1980—），男，河南镇平人，助理工程师，从事煤矿生产技术管理工作。