厚煤层综合采煤工艺参数及应用效果分析

郝 震

（山西华阳集团新能股份有限公司一矿，山西 阳泉 045000）

引言

当前，综采工作面所配置采煤机、刮板输送机、带式输送机等大型综采设备的自动化水平已经达到先进水平；为进一步提升综采工作面煤层的开采效率和回采率，需为其配置最佳、最有效、最合理的采煤工艺参数保证综采设备能够充分发挥其性能。尤其是对于厚煤层开采而言，在此方面开采的经验相对匮乏，对应的技术水平偏低[1]。因此，本文重点以工程实例对厚煤层综采工作面的采煤工艺参数进行研究，并对最终的应用效果进行评价。

1 工程概况

以16#煤层所属工作面为例开展研究，该工作面煤层的厚度范围为1.67 m～10.51 m，工作面煤层的平均厚度为8.5 m；工作面煤层的普遍倾角范围为15°～25°，局部工作面煤层的倾角范围为32°～35°；该工作面的走向长度为1 768 m，其中倾斜工作面的长度为310 m；煤炭的硬度为1.5，属于软煤层。16#煤层所属工作面的地质条件，如表1 所示。

表1 16#煤层所属工作面地质条件

经探测，16#煤层所属工作面的最大涌水量可达315 m3/h，在正常情况下的涌水量为210 m3/h；瓦斯绝对涌出量为0 m3/min，瓦斯的相对涌出量为0 m3/t，属于低瓦斯矿井。

2 厚煤层开采工艺的选择

结合16#煤层所属工作面地质、水文以及顶底板条件和煤层的情况，可采用的开采工艺包括有大采高一次采全后综采工艺、放顶煤开采工艺以及分层开采工艺[2]。本节重点对上述三种开采工艺在16#煤层开采应用的可行性进行分析。

2.1 分层开采工艺应用的可行性分析

优势分析：分层开采工艺在16#煤层开采中应用便于对采掘设备选择且便于对生产进行管理；有利于综采工作面搬面搬家等操作；便于对工作面顶板进行管理，对应的采高在2 m～3.5 m 之间最合适；煤炭开采率预计最高可达到97%，且煤炭质量较高，含矸率低。

劣势分析：分层开采工艺在16#美岑应用对应的开采成本投入较大，对应的维修费用偏高；工作面搬面搬家的次数多，开采效率偏低；由于16#煤层的顶板为砂纸泥岩，在上层开采时容易发生冒顶事故，开采下层时对顶板和巷道管理困难；在过断层开采时难度非常大；在上分层开采时极易发生应力集中现象，需留设一定的美珠保证对顶板的支撑[3]。

综上所述，分层开采工艺在16#煤层应用从技术层面上分析是不可行。

2.2 大采高一次采全厚工艺应用的可行性分析

优势分析：大采高一次采全厚工艺与分层开采工艺相比机油更高的煤炭采出率、开采过程中消耗的材料少、工作面巷道掘进的工程量较小、对应巷道的布置简单。

劣势分析：采用大采高一次采全厚开采工艺时，由于工作面煤壁的拉伸状态被破坏，从而导致煤层工作面顶板出现严重冒顶和片帮事故；采用大采高一次采全厚开采工艺对应的煤炭回收率非常低[4]。

综上所述，大采高一次采全厚开采工艺在16#煤层应用从技术层面上分析是不可行。

2.3 放顶煤开采工艺应用的可行性分析

放顶煤开采工艺可具体分为水平分段综放工艺和走向长壁整层综放工艺，两类综放开采工艺在16#煤层工作面应用的优劣势对比如，如下页表2 所示。

表2 不同放顶煤开采工艺的优劣势对比

综合对比上述两类放顶煤开采工艺，针对16#煤层综采工作面应采用长壁整层综放开采工艺实现对煤层的高效、集中化生产。

3 采煤工艺参数的确定及效果评价

本节基于FLAC3D 软件通过数值模拟手段对不同采煤工艺参数的效果进行理论评价，并对最终确定采煤工艺参数在实际生产中应用效果进行评估。

3.1 采煤工艺参数的确定

影响最终生产效果的采煤工艺参数主要包括有放煤步距、控顶距和采高。本小节基于FLAC3D 软件建立数值模拟模型，对放煤步距为0.6 m、1.2 m、1.8 m；控顶距为3.9 m、4.5 m、5.1 m、5.7 m；采高为2.4 m、2.6 m、2.8 m、3.0 m 参数，采用正交试验的方式，最终从理论层面确定最佳采煤工艺参数。上述工艺参数所确定的采煤工艺方案，如表3 所示。

表3 采煤工艺方案

不同采煤工艺方案对应工作面围岩的响应程度和开采效率对比，如表4 所示。

表4 不同采煤工艺方案对应理论开采效果

综合对比不同开采工艺方案下顶煤的破碎系数、顶板最大下沉量和最大水平位移，本工程对应的最佳开采方案为方案二，对应的工艺参数为：放煤步距为0.6 m，采高为2.6 m，控顶距为5.1 m。

3.2 应用效果评价

将方案二开采工艺参数应用于16#煤层的开采中，对应的主要技术指标如下：

16#煤层工作面的在仅6 个月的开采中累计产量为722 741 t，平均每天产量可达4 714.9 t。其中，顶煤的回收率最高可达91.06%，最大回采率为93.36%。

4 结语

综采工作面的开采效率、煤炭回收率等不仅与工作面所配置综采设备的自动化、智能化水平相关；而且与综采工作面所采用采煤工艺参数相关[5]。本文以16#煤层的开采研究，为其工作面选用采用长壁整层综放开采工艺，且具体开采工艺参数为：放煤步距为0.6 m，采高为2.6 m，控顶距为5.1 m。经实践生产可知，基于所设计长壁整层综放开采工艺顶煤的回收率最高可达91.06%，最大回采率为93.36%。