浅析大采高综放开采技术与应用现状

2013-09-11王金君林媛媛殷卫峰

采矿与岩层控制工程学报 2013年6期

王金君，林媛媛，殷卫峰

(1.永城市供电有限责任公司，河南永城 476600;2.中煤科技集团公司，北京 100013)

我国厚及特厚煤层储量十分丰富，可采储量占生产矿井总储量的45%［1］，研究大采高综放技术具有极为重要的意义。大采高综放面有诸多优势，有利于顶煤垮落，进一步改善顶煤的冒放性［2］;有利于使用大功率采煤机和前后部刮板输送机;可增加放煤口数量［3］，缩短放煤时间;增加通风断面，降低风阻，有利于稀释放煤口及上隅角瓦斯;缩短工作面循环时间，提高工作面推进速度;提高采出率与单产;提高一次采放的总高度。但同时也存在着相应的负面影响:由于割煤高度的增加，煤壁稳定性控制难度加大，两巷断面大支承压力较大易底鼓片帮［4］;工作面及上隅角瓦斯的超限，甚至会出现局部瓦斯涌出量较高的情况。

1 应用概况

目前我国应用大采高综放的矿井主要有:大同矿区的同忻煤矿、塔山煤矿，中煤能源集团平朔煤业公司安家岭一号井工矿、二号井工矿，山西焦煤集团西山煤电公司斜沟煤矿23103 工作面，神华集团神东煤业集团公司保德煤矿81300－1 工作面和81502－2 工作面，潞安集团王庄煤矿等。

几个矿井地质条件和开采条件如表1 所示。

1.1 煤层赋存情况

总体来说各矿煤层赋存条件简单，平均厚度较大，在9.6～16m 之间，同忻最大为16m，塔山次之为14.81m。煤体的冒放性整体较好，相比而言，冒放性最差的保德煤矿其冒放性也达到中等偏好。矿井煤层埋深同忻和塔山比较大，同忻最深达501m，平均448.5m;塔山平均397.7m，斜沟平均334.5m;平朔一号井约220m;保德平均263.5m。斜沟煤层倾角最大为8.9°，平朔一号井局部区域倾角能达到12°，其余大都在5°以内。

1.2 地质情况

整体来看各矿的直接顶和基本顶较稳定，断层少，基本无陷落柱和火成岩侵入。从地质条件来看，同忻矿基本顶在靠近切眼和平朔一号井局部区域有火成岩侵入，其中平朔一号井初采时，由于小煤窑开采的影响发生过发火事故。在日常回采过程中，由于巷道断面比较大，综放面受采空区扰动影响剧烈，巷道底鼓比较严重，在同忻矿、塔山矿和平朔一号井较为明显。尤其是平朔一号井，断层14 条，落差最大12m，大多1.3～7m，富水层弱，水影响小，回采过程中底鼓治理成为一大难题。斜沟23103 面局部古河流冲蚀沉积带，水条件中等局部有突水危险断层，对生产有一定的影响。保德矿区域煤厚大、浅部煤层较薄，构造多，地质冲刷较严重，水文地质条件较简单。

表1 矿井地质条件和开采条件

1.3 瓦斯情况

所述矿井中除了保德矿的瓦斯稍高外，其他矿井均属于低瓦斯矿井。不过大采高综放面出现过瓦斯超限，开采前厚煤层瓦斯相对量很小，由于开采煤量大，瓦斯涌出量瞬间增大使得绝对涌出量较高。尤其是来压期间综放工艺对采空区扰动大，出采空区残存瓦斯。同样在煤层破碎地段和地质构造带附近瓦斯绝对涌出量也很大。所以各大采高综放面均采用的是高瓦斯治理。

1.4 工作面产量与相关信息统计分析

各矿区工作面产量及相关信息见表2。

表2 各矿区工作面产量与相关信息

由表2 可以看出，调研的工作面年产量都在6.0Mt 以上。可见大采高综放技术和设备国产化方面取得了卓越的成果，在开采特厚煤层方面有超强的活力和前景。从地质条件来看，千万吨级配套的工作面地质条件较为简单的同忻矿产量最高，条件较为复杂的斜沟和保德产量稍低。

如表2 所示，工作面采出率均在85% 以上，平均为88.7%，最高是同忻矿，采出率为89.5%。综采面的采出率较高，在93%以上。顶煤采出率均在76%以上，平均为81.3%，最高是塔山矿，采出率为88.1%，总体来看综放面整体采出率平均为85%。与综采面的采出率相比还有一定的差距。因此，要进一步努力解决综放开采的不利因素，尽量提高资源采出率。

2 工作面装备

工作面整体运行情况如表3 所示。

从设备方面来看，同忻除胶带输送机和液压支架外全部国外进口;塔山推进全部国产化;平朔一号井只采煤机为进口，其他国产;斜沟矿23103 面国产化和同忻类似;斜沟矿18102 面采煤机、刮板机和转载机进口。保德81502 面采煤机，前后刮板机和转载机为进口，保德81300－1 面与平朔一号井类似;问卷调查的五家沟矿、东滩矿和兴隆庄矿井设备除了东滩采煤机为国外进口，整套设备全国产化。由此看出，综放面主要设备的国产化比例约49.1%，国产设备已能基本满足千万吨(级)综放面的要求。总体来看，各矿支架均为国产，三机以外的配套设备基本国产;关键设备和核心部件引进国外技术比重较大，液压支架结构件没问题，但密封系统和材质的强度、耐磨性、耐高温和加工工艺还需要进一步改进。

表3 工作面整体运行情况

矿井的平均开机率84.4%，其中综放面中塔山最高为92.7% (全国产化)。条件较为类似的同忻矿开机率仅为80% (胶带输送机和液压支架外全部国外进口)，以此来比较国产设备的适应性还是可以的。平朔一号井14109 面(只有采煤机进口)开机率为80.6%，保德81300－1 面开机率最低(只有采煤机进口)，为77.6% 。总体来讲，国产设备存在故障问题，可靠性不高，但差距不是很大。设备运行情况主要受地质条件影响较大，当然国产设备某些部件确实存在问题，有待提高。

国产设备故障稍高，主要体现在以下几个方面:采煤机和前输送机配套问题，造成三角煤割不透;采煤机电气控制系统易发生故障，截割部和摇臂的可靠性不高，牵引部易损坏;支架使用情况较好，主要是密封圈问题;前后刮板机问题也比较多，软启动装置不够成熟，耦合调速器、电磁先导换向阀组易出现问题;刮板机的齿轮和链条的材质和耐磨性较差，易损坏;胶带机方面问题不大，偶有软启动损坏，运输能力基本达标。调研矿井满仓情况较少。

3 开采工艺

各工作面开采工艺如表4 所示。

目前工作面倾斜长度已经超过400m，走向长度已超过6000m。在国外倾斜长度超过300m 的综采面很普遍。各综放面的采放比均控制在1∶ 3 范围内，实际回采时，由于顶煤的冒放性很好，若顶煤存在近距离煤层，会出现采放比超标的现象;放顶煤工艺方式多为一刀一放双轮顺序低位放煤，仅斜沟矿采用两刀一放双轮顺序低位放煤。综放面平均采出率为85%。顶煤采出率是制约综放技术发展的关键要素之一，经过现场实践，在后部输送机溜槽后安装顶煤回收装置，解决放煤时由于后输送机溜槽高度形成的自然堆积角内顶煤的回收，大大地优化了顶煤回收问题，但是目前过渡支架和端头支架上的顶煤回收是一个严峻的课题，要深入研究进一步减少顶煤的损失。

表4 工作面开采工艺情况对照

综放面在日进刀方面，保德81300－1 工作面最低为5 刀，斜沟23103 面最高为12 刀，综放面日进刀平均为8.8 刀。在产量方面部分综放面突破千万吨(级)，其中同忻最高，达1006.7 ×104t。

4 存在问题

4.1 设备使用和配套存在的问题

(1)全套国产性能上基本能满足实现千万吨(级)综放面的要求，但是设备的可靠性不高，各设备的配套协调性需要进一步改善，三机选型配套依据需进一步充实。

(2)国产采煤机基本能满足生产要求，但故障率较高，主要是采煤机和前输送机配套问题，前机头机尾过渡槽短，边界槽配合度差，采煤机行走不到位造成三角煤割不透。采煤机电气控制系统易发生故障，截割部和摇臂的可靠性不高，牵引部易损坏，常见的故障有:油缸漏油、摇臂不调高、液控阀坏，换电机及减速箱、换行走齿轮、油管坏。

(3)国产支架使用效果较好，但大型设备体重大，来压时支架陷底严重，其次是缺乏安全通道。再者是密封性差，跑冒滴漏现象比较多，密封圈经常更换，极大地影响生产，其材质的强度、耐磨性、耐高温和加工工艺需要进一步改进;乳化液浓度正常生产很难达到5%的水平，管理不到位，乳化液杂质含量高;电液控液压支架功能优势没有完全发挥;放顶煤液压支架是选择两柱还是选择四柱有待进一步论证分类。

(4)刮板输送机常见的问题有链环易断，中间槽耐磨性差，且表现为后输送机的损坏比前输送机大的特点。煤流速度不均匀，刮板机易压死难以启动。后刮板机与液压支架软连接，倾角大时，后刮板机易下窜。

(5)破碎机主要表现在锤头磨损方面，矸石进入运煤系统多，造成运输系统超负荷运转，矸石块头大、较硬，增加了破碎机锤头的磨损。

(6)胶带机运输能力基本达标，偶尔有软启动损坏、胶带断、跑偏、胶带跳电、胶带压死等现象。

(7)国产设备零部件的使用周期短，更换频繁;控制系统不成熟，国产的传感器质量参差不齐，有的能用1～2a，有的只有1～2 个月;更换零件拆装困难，维修空间小;国产设备说明书与进口设备说明书相比，所述内容不够全面和详细，国产配套设备资料的完整性有待完善;国产设备体积过大，占用巷道空间，不利于行人且不方便修理安装。但是进口设备昂贵，售后服务困难，发生故障时外国劳工修理耗时费事，备件购运周期长，一般4～5 个月，对生产造成很大影响。

(8)大采高综放设备大，缺乏配套的搬家设备，搬家费时费力。现在一般采用两套设备缓解因搬家时接替紧张问题，建议多功能搬家车辆也需配套，以减少搬家耗时。