高产高效综放面回采工艺的研究

梁永跃

（阳泉煤业集团和顺新大地煤业有限公司， 山西 晋中 032700）

引言

煤炭作为我国的主体能源，按照当前使用率和其他能源的开发现状来看，在未来很长一段时间内煤炭依然在我国能源结构中占据主导地位。作为煤矿企业而言，最为关注的问题是工作面的产煤效率。影响综采工作面煤炭生产效率的因素包括有综采设备的可靠性、自动化程度、采煤工艺与工作面地质水文条件、煤层特点等是否匹配等[1]。总的来说，工作面所采用的采煤工艺和综采设备与工作面特征相适应的程度是决定煤炭开采是否高效、高产的关键。本文将着重对提升工作面高产高效的采煤工艺进行研究。

1 工程概况

以和顺新大地煤业有限公司3 号煤层工作面为研究对象，3 号煤层的结构相对简单，其煤层最大倾角为12°，最小倾角为4°。工作面煤层的平均厚度为8.2 m，且煤层相对稳定。3 号煤层的顶底板情况如表1 所示。

表1 3 号煤层顶底板情况

经对3 号煤层工作面的矿井压力进行测量得到如下规律：

1）工作面顶煤初次垮落的步距为6.5 m；老顶初次来压的步距为35.6 m，工作面的动载荷系数为1.29；工作面老顶周期来压的步距为10 m，动载荷系数为1.21。

2）工作面老顶初次来压时最大压力为4 612 kN，且平均压力为4 012 kN；工作面老顶周期来压时的最大压力为4 131 kN，平均周期压力为3 817 kN。

2 影响工作面高产高效的因素分析

综采工作面的采煤效率备受煤矿企业的关注，目前已有很多学者针对该方向进行大量研究。经研究可将影响综采工作面煤炭高产高效生产的因素总结如下：

1）提升综采工作面配套综采设备的可靠性。综采设备作为煤炭生产的主体，其工作效率直接影响工作面的产煤效率。因此，应根据综采工作面地质水文、顶底板以及煤层等情况对综采设备进行选型配套，提升综采设备的可靠性，减少其出现故障的时间，从而提升综采设备的开机率，实现提升产量的目的[2]。

2）增加采煤机的截割深度。在实际生产过程中，可根据工作面情况适当增加采煤机的截割深度。目前，我国采煤机的截割深度一般在0.8～1 m，而在实际生产中截割深度仅为0.6 m。实践表明，当截割深度为0.8 m 时，相对截割深度为0.6 m 时循环产量可提高33%。

3）提高工作面的推进速度。在实际生产过程中，采煤机的牵引速度和液压支架推溜、移架的速度决定工作面的推进速度，进而决定着工作面的采煤效率[3]。因此，在合理的情况下可适当地提升采煤机的速度和液压支架的推溜、移架速度。

4）保障综采设备的生产能力。工作面综采设备的匹配程度对提升综采工作面的采煤效率具有决定性作用。一般来说，工作设备的能力应以1.1～1.2 倍的基数上逐渐增大。

3 综采工作面液压支架的高产高效配套

液压支架作为综采工作面的主要支护设备，选型时主要考虑工作面的地质条件，其次应考虑液压支架的推溜、移架速度[3]。液压支架的选型主要是确定液压支架高度、推移步距、支护强度、工作阻力等参数。

3.1 液压支架高度参数的确定

液压支架高度的确定需综合考虑顶板管理和采放比是否合理。采煤机一般采高为2.8～3 m。综合考虑巷道支护、采放比以及高产高效的要求，将液压支架的最大支护高度设为3.5 m，则对应的合理采放比为1.75。

3.2 推移步距参数的确定

当采煤机截割深度为0.6 m 时，需采用二刀煤放一次顶煤的采煤工艺；当采煤机截割深度为1 m时，可采用一刀煤放一次顶煤的采煤工艺。为实现高产高效的目的，设定采煤机截割的截割深度为0.8 m，则对应的支架推移步距为0.9 m。

3.3 工作阻力参数的确定

结合支护强度的设计经验和实现高产高效的目的，将支护强度设计为0.8 MPa，经式（1）计算后，得出所需的工作阻力：

式中：P为液压支架的工作阻力；Qz为液压支架的支护强度，取0.8 MPa；Lk为液压支架的控顶距离，取0.34 m；Ld为液压支架的顶梁长度，取4.85 m；B为液压支架的中心距离，取1.5 m。经计算，液压支架的工作阻力为6 228 kN。

综上所述，所选型液压支架的参数如表2 所示。

表2 液压支架参数

4 综采工作面输送机的高产高效配套

刮板输送机的配套原则主要有两点。第一点为刮板输送机的运输能力与采煤机的采煤机能力相匹配，一般相对采煤机留有1.1 倍的余量；第二点为刮板输送机作为液压支架推溜、移架的辅助设备，其需与液压支架相配套。

结合液压支架的参数，选用刮板输送机的型号为SGZ900/750，该型号刮板输送机的关键参数如表3 所示。

刮板输送机确定后，与其相配套的辅助设备有转载机、锤式破碎机和自移装置[4]。根据所选型刮板输送机的参数，得到其辅助设备的型号及参数如表4 所示。

表3 SGZ900/750 刮板输送机参数

表4 输送机辅助设备参数

自移装置ZY-3000 皮带宽度为1 200 mm，小车行程为3 000 mm

5 应用效果

高效高产采煤效率是煤矿企业生产的主要目标。因此，为工作面设计相匹配相配套的回采工艺是十分有必要的。煤炭综采设备的选型为采煤工艺的实施的关键，尤其确保所选型设备与工作面相匹配[5]。经实践表明，基于上述选型思路所选的液压支架、刮板输送机及其辅助设备的应用效果总结如下：

1）液压支架在应用时整体受力情况良好，维修方便，能够有效降低作业人员的劳动强度，且具有较高的移架速度和推溜速度，从而提升了工作面的放煤速度。

2）所选型刮板输送机在实际生产中应用证明其质量是非常可靠的，且煤炭最高运输量为200 169 t，与其相配套使用的转载机、破碎机以及自移装置均能够充分发挥其生产能力，具备年产量在500 万t的生产能力。