崔联兵

(山西省长治经坊煤业有限公司，山西长治047100）

我国煤炭资源储量丰富，同时也作为我国的经济支柱，在未来的很长一段时间内煤炭将依然是我国最重要的能源。随着煤炭开采技术水平的提高以及对煤炭安全高效开采认识的提升，井下工作面布置长度以及推进长度也愈来愈大，煤炭开采效率也日益提高[1-2]。对于不同的矿井，煤层的地质赋存条件也不同，在进行设计工作面的布置长度和推进长度等参数时需要综合考虑诸多因素。本文以某矿大采高工作面为背景，对工作面倾向长度以及推进长度等主要参数进行了设计分析，从而为该矿后续的生产提供基础。

1 工程概况

该矿井2号煤层埋深较浅，厚度在4.81～7.63m之间，平均为6m；工作面沿走向方向布置，在开切眼方向煤层倾角最大为19°，走向方向煤层倾角在6°～15°之间。局部煤层有极薄的伪顶，厚度最大为0.11m，岩性为泥岩，有较强的吸水性；直接顶岩层以细粒砂岩为主，局部含有粉砂岩，表现为细粒砂岩和粉砂岩互层，有一定的稳定性，厚度较大，平均为8.45m；基本顶岩层以粗粒砂岩为主，完整性较低，稳定性较差，平均厚度达到了20m。煤层直接底主要是粉砂岩，遇水容易膨胀，平均厚度为11m。据地质勘探结果显示，工作面开采过程中会遇到一些小型断层等地质构造。本文以此地质条件为背景，分析确定了该煤层首采工作面的主要参数，从而为后续工作面的接替以及矿井的安全高效生产提供一定的依据。

2 首采面推进长度分析

工作面推进长度受煤层实际赋存情况以及采掘设备过煤量的影响较大，据不完全统计，一些先进设备的过煤量超过了10Mt。由于大多数工作面都是沿走向布置，故工作面的推进长度也为走向长度。确定工作面合理的推进长度有2个方面的原因：

（1）工作面搬家次数随着推进长度的减小而增多，同时增加了搬家成本。

（2）当工作面推进长度较大时，工作面两侧回采巷道的维护成本增加，煤炭以及其他材料设备的运输成本增大；同时对于自燃发火问题严重的煤体，过大的推进长度增大了煤炭自燃的可能性，不利于工作面的安全生产。

通常情况下，工作面合理的走向长度应该以回采期一年为宜。迄今为止，在美国矿井工作面布置的走向长度最大超过了5300m，我国大柳塔煤矿工作面布置的走向长度更是达到了6000m[3]。本文所研究矿井2号煤层的首采工作面煤层结构简单，赋存稳定，但开采过程中容易遇到断层等构造，故工作面的安全开采受断层的影响较大，则判定首采工作面布置的走向长度最大为2000m。

3 首采面长度分析

布置合理的首采工作面长度同样是保证矿井安全高效生产的重要前提。对于本矿井来说，首采工作面的长度也是倾向长度。在一定区域内加大工作面的倾向长度能够减少准备工程量，提高煤炭采出率，减少端头进刀等辅助作业时长，从而提高煤炭的开采效率；但是如果工作面倾向长度较大，则工作面开采过程中采空区范围较大，围岩可自由运移的空间大，顶板管理以及煤壁稳定性防治的难度提高，而且还会使得工作面推进速率降低，增大了煤炭自燃的可能性，反而不利于煤炭资源的采出率。

工作面的倾向长度受煤层地质赋存条件以及刮板输送机长度的影响较为明显。新型的刮板输送机输送能力达到了4000t/h，长度为400m，从而为延长工作面的倾向长度提供了一定的基础。根据国内外诸多矿井工作面高产高效生产的经验得到：工作面倾向长度一般为150～400m，例如[4]美国等发达国家倾向长度多数选择在280～400m，而我国面长多选择在180～350m，补连塔煤矿大采高综采工作面布置的倾向长度为300m，对于大多数大采高工作面而言为超长工作面，榆家梁矿某工作面布置的倾向长度达到了408m。由此判断本矿井2号煤层首采工作面的倾向长度小于400m从理论上是可行的。

2号煤层倾角在6°～15°之间，为倾斜煤层。如果工作面布置的倾向长度过大，则工作面上端头和下端头之间的高差较为明显，刮板输送机容易发生下窜，从而对2个端头之间的联系造成不利影响。另一方面，对于倾斜工作面，工作面走向长度过大，则会影响采煤机的割煤速率以及液压支架支撑顶板稳定性的能力，引起更为复杂的矿压现象，增大煤壁发生片帮失稳的可能性，增大工作面的安全管理难度。工作面倾向长度不同时对一些相关参数的影响如表1所示。

表1 工作面走向长度相关参数统计表

由表1可知，区段煤柱损失量随着工作面走向长度的增加而减少，同时采煤机割煤速率也在减慢。工作面过慢的推进速率不利于采场煤壁片帮失稳的防治，而走向长度在400m以上时，割煤速率低于10m/s，煤壁容易发生片帮。另一方面，当走向长度小于250m/s时，割煤速率高于13.5m/s，很显然割煤速率过快，几乎是不可实现的。榆家梁矿某工作面布置的倾向长度达到了408m，为目前国内倾向长度最大的工作面，该矿井同时也对不同倾向长度的合理性进行过分析，结果显示，矿井经济效益随着工作面面长的增加而增大，但当倾向长度超过360m时，效益提升水平一般。榆家梁矿该工作面采高为3.5m，倾角较小，最大仅为6°；而本矿井2号煤层首采工作面煤层厚度较大，最大达到了7.63m，煤层倾角也较大，最大为15°；则对比可以发现本次所研究的工作面地质赋存条件更为复杂，所布置的工作面倾向长度不应超过360m；故得到布置工作面倾向长度应在250～360m。据相关统计，在我国开采高度超过5m的大采高工作面的倾向长度一般在300m之下，此类工作面煤层倾角也不超过9°，故综合考虑确定本矿井2号煤层首采工作面的倾向长度为300m。

4 结束语

确定工作面合理的走向长度和倾向长度是保证矿井安全高效生产的基础。本文以某矿2号煤层首采工作面为据，通过对比论证以及统计分析等方法进行了研究，认为该工作面推进长度应不超过2000m，倾向长度应保持在250～360m之间，最终确定倾向长度为300m，相关统计结果和认证方法对于其它矿井工作面的布置提供一定的借鉴意义。

[1]郭保华，等.浅谈我国大采高综采技术[J].矿业安全与环保,2003,30(2).

[2]宋振骐.实用矿山压力控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1988.

[3]王金华.我国大采高综采技术与装备的现状与发展趋势[J].煤矿科技技术,2006,34(1).

[4]张建华.清水营煤矿大倾角厚煤层大采高开采技术研究[D].西安科技大学工程硕士学位论文，2010.