坚硬煤层开采的进刀方式对块煤率的影响分析

冯 涛

（晋能控股煤业集团永定庄煤业公司生产技术部， 山西 大同 037000）

我国的煤炭资源丰富，为我国的经济发展提供了充足的动力。煤炭作为重要的能源供应，在使用过程中容易造成一定的污染。随着清洁型能源的使用，对煤炭的绿色开发利用有了迫切的需求。在煤炭的开采过程中，现有的综采开采工艺容易造成煤体的粉碎率过高，矿井的块煤率低，影响煤炭的清洁使用。坚硬煤层由于煤层的质地坚硬，内生的裂隙发育不足，在采煤作业时功耗大，煤炭的可截割性较差，在工作过程中形成的粉尘较大，块煤率不高，且会造成恶劣的作业环境[1]。在不改变煤岩力学性质的前提下，对开采工艺设备及参数进行改进，是提高块煤生产效率的重要方式，开采过程中进刀方式的不同，也会影响开采的产量和效益。对坚硬煤层开采过程中的进刀方式造成块煤率低的问题进行分析，从而优化煤层的开采工艺，提高成煤的块煤率[2]。

1 煤层开采进刀方式与割煤方式的组合

采煤机在进行煤层开采时，进刀过程指采煤机的滚筒进入煤层的过程，割煤方式指采煤机截割与其他工序的配合。采煤机的进刀方式与割煤方式的组合对于采煤作业的产量及效益具有直接影响。在煤层的综采中，常用的组合方式有三种，分别为双向割煤端头斜切进刀方式、单向割煤端头斜切进刀方式和中部斜切进刀方式[3]。

双向割煤端头斜切进刀方式如图1-1 所示，即在采煤机往返一次的过程中割煤两次，常用在煤层的赋存条件稳定及倾角较小的综采过程中。在煤层产生压裂后，煤层的结构发生变化，会影响割煤过程中的牵引速度。单向割煤端头斜切进刀方式即从采煤机一端开始进刀进行割煤[4]。单向割煤中部斜切进刀方式如图1-2 所示，即开采过程中从工作面的中部开始进刀进行割煤。

图1 不同进刀方式示意图

在煤炭的开采过程中，块煤率的大小与压裂的形式有关，不同的牵引速度下所形成的压裂形式不同，从而影响煤层的块煤率。在同一压裂形式下，对进刀方式及块煤率的关系进行分析。在煤层的开采过程中，选取不同的工作面长度及巷道保护煤柱的距离，进行不同进刀方式下的块煤率分析[5]。

2 进刀方式对块煤率的影响分析

2.1 工况一组合下的块煤率分析

选取工作面的长度为150 m，巷道保护煤柱为15 m，对三种不同的进刀方式下的块煤率进行分析，得到如下页图2 所示的关系曲线。从图2 中可以看出，在不同的压裂形式下，随着三种进刀方式下割一刀煤所需的总时间减小，对应的块煤率逐渐增加；其中，割一刀煤所需时间最小时块煤率最高，在双排孔来压区采用双向割煤端头斜切进刀方式[6]。

图2 工况一不同压裂形式下块煤率与进刀方式的关系曲线

2.2 工况二组合下的块煤率分析

选取工作面的长度为150 m，巷道保护煤柱为25 m，对三种不同的进刀方式下的块煤率进行分析，得到如下页图3 所示的关系曲线。从图3 中可以看出，在不同的压裂形式下，随着三种进刀方式下割一刀煤所需总时间的减小，对应的块煤率逐渐增加；其中，在双排孔来压区采用双向割煤端头斜切进刀方式时所需的进刀时间最小，为40.2 min，此时形成的块煤率最高为69%。

图3 工况二不同压裂形式下块煤率与进刀方式的关系曲线

2.3 工况三组合下的块煤率分析

选取工作面的长度为250 m，巷道保护煤柱为15 m，对三种不同的进刀方式下的块煤率进行分析，得到如图4 所示的关系曲线。从图4 中可以看出，在不同的压裂形式下，随着三种进刀方式下割一刀煤所需总时间的减小，对应的块煤率逐渐增加；其中，在双排孔来压区采用双向割煤端头斜切进刀方式时所需的进刀时间最小，为55.5 min，此时形成的块煤率最高为69%。

图4 工况三不同压裂形式下块煤率与进刀方式的关系曲线

2.4 工况四组合下的块煤率分析

选取工作面的长度为250 m，巷道保护煤柱为25 m，对三种不同的进刀方式下的块煤率进行分析，得到如图5 所示的关系曲线。从图5 中可以看出，在不同的压裂形式下，随着三种进刀方式下割一刀煤所需总时间的减小，对应的块煤率逐渐增加；其中，在双排孔来压区采用双向割煤端头斜切进刀方式时所需的进刀时间最小，为57 min，此时形成的块煤率最高为69%。

图5 工况四不同压裂形式下块煤率与进刀方式的关系曲线

通过上述分析可知，在巷道保护煤柱不变时，三种进刀方式下割一刀煤所需的时间逐渐减小，在双排孔来压区采用双向割煤端头斜切进刀方式时所需的进刀时间最小，此时的块煤率最高；当保护煤柱增加时，三种进刀方式割一刀煤所需的时间也逐渐增加。在不同的工作面长度时，巷道保护煤柱越小，三种进刀方式割一刀煤所需的时间越小，采用双向割煤端头斜切进刀方式对双排孔压裂区进行开采时的块煤率最高。

3 结论

1）块煤率的大小与开采中割一刀煤所需的时间相关，随着割一刀煤所需时间的减小，则形成的块煤率增加。

2）在三种不同的进刀方式下，双向割煤端头斜切进刀方式所需时间最小，此时的块煤率最高。

3）在进行煤层的开采时，应尽量选择双向割煤端头斜切进刀方式，从而提高煤样的块煤率，利于煤样的清洁使用。