刘卫红

(西山煤电集团公司五人小组管理局，山西 太原 030053)

引 言

我国作为全球煤炭生产和消费第一大国，煤炭的储量也在全球范围内名列前茅。我国煤层所处的地域相对较广，鉴于不同的地理条件，煤层所形成的原因也千差万别。因此，不同地域的煤层特点各不相同[1]。比如，有些煤层顶板松软，导致对该种煤层的顶板管路相对复杂；有些煤层的间距较小或者上下煤层差异明显，导致开采上下煤层时波动较大；有些煤层上顶板结构不稳定，导致其支护困难，开采难度较大，使其无法达到应有的设计能力。总之，由于煤层复杂的地下特点，导致其开采时常常受到开采工艺不成熟的限制。

特别是针对间距特别近的煤层，采用一般工艺开采时下部煤层的顶板往往会被上部煤层所破坏，且下部煤层的巷道也存在被破坏的风险。此外，开采极近距煤层时容易造成冒顶、漏顶等安全事故，使得综采工作面的安全系数大打折扣[2]。总之，开采极近距煤层时对该下部煤层的顶板管理、巷道支护以及工艺技术有特殊的要求。因此，应加强对极近距煤层开采工艺的研究，提高对综采工作面的回采效率，从一定程度上降低对煤炭资源的浪费。

1 极近距煤层采煤工艺研究

1.1 极近距煤层的定义

极近距煤层指的是，煤层群层之间的距离非常小，在开采过程中受上下煤层的影响较大的煤层。在开采过程中，煤层的围岩应力会重新分布导致对相邻煤层的顶板或者底板塑形造成影响[3]。经研究可知，煤层间距越小，相邻煤层开采的相互影响程度越严重。在对极近距煤层进行判定时，可依据式(1)进行判定。

(1)

式中，γ为煤层上方岩层的平均容重，kN/m3；H煤层的平均埋藏厚度，m；L为煤层所处工作面的长度，m；Rrmc为煤层上方岩层的单轴抗压强度，MPa。

本文所研究的煤层的γ=25 kN/m3、H=210 m、L=150 m、Rrmc=55.2 MPa～55.63 MPa。将上述参数带入式(1)中，得该煤层的最大间距范围为4.18 m～5.92 m<6 m。因此，可以定义本文所研究煤层为极近距煤层。

1.2 极近距煤层的开采工艺

本文所研究极近距煤层所处工作为首次开采的工作面，煤层平均厚度约为4.38 m，煤层的平均倾角为3°。煤层之间为0.3 m的夹矸，煤层直接顶为粉砂岩，粉砂岩层的平均厚度为2.4 m。

1) 极近距煤层开采时支护设备对煤壁的压酥作用不大，导致其煤壁坚硬不易截割。因此，需提升采煤机的功率，降低采煤机滚筒降低截割阻力[4]。同时，采用适当的爆破方案在不影响相邻煤层的情况下，使得煤壁松软。

2) 极近距煤层在开采过程中，下部煤层的矿压显现规律比较复杂。因此，对极近距煤层的开采需经历三个步骤：从实体煤向采空区推进、在采空区开采、从采空区向实体煤推进。

3) 从实体煤向采空区推进时，需加强对两个区域煤层的支护，并在巷道的出口位置处支设台棚，煤层工作面所采用的支护设备为超前移架，将长护壁板更换为短护壁。

4) 在采空区开采时，工作面采用双向割煤的方式开采，以减少工作面空顶的时间；实时根据顶板的情况调整泵站的压力；将胶带顺槽超前支护30 m，将轨道顺槽超前支护60 m,均与顺槽平行。

5) 从采空区向实体煤推进时，应提前降低采煤高度并检查工作面所有设备运行情况，及时更换不合格的设备；采用双向割煤的方式快速进入实体煤，减少工作面空顶时间。

6) 根据极近距煤层的顶板情况选用适当的液压支架。其中，当顶板为块裂顶板时，应选用支撑掩护支架；当顶板为碎裂顶板时，应选用掩护式支架。

7) 极近距煤层开采时，由于种种原因造成回采工作面无法形成正常的全风压通风系统。因此，应在回采工作面安装局扇，降低回采工作面回风顺槽的压力；在工作面顺槽安装调节风门，确保工作面空气按照正常的方向流动。

2 极近距煤层采煤工艺可靠性分析

2.1 8243工作面可靠性分析

本文所研究的极近距煤层所处工作面的长度为134 m，推进长度为1 510 m。该工作面的生产能力为，采煤机每天推进长度为5.6 m，每天产煤量为3 181 t。该工作面采用单一长壁后退式采煤方法，顶板管理方法为全部垮落法，回采工艺为综合机械化回采工艺[5]。该工作面的可靠性指标如表1所示。

表1 极近距煤层工作面可靠性指标

为了得出基于上述采煤工艺下，影响极近距煤层工作面可靠性因素的主次，对该工作面所有工作设备的运行数据进行测定，并得出各个环节的停工时长，如表2所示。

表2 极近距煤层8243面各环节停工类型及时长统计表

分析表2可知，该极近距煤层工作面停工时长最高是由顶板造成的，其次是由液压支架、输送机。经统计可知，影响极近距煤层工作面可靠性的主要因素为顶板、液压支架和输送机；次要因素为采煤机和破碎机。

2.2 8245工作面可靠性分析

8245工作面为8243工作面的相邻工作面，该工作面的长度为131 m，推进长度为1 368 m。8245工作面的开采工艺与8243工作面相同。通过对8243工作面可靠性的分析得知，影响该工作面可靠性的主要因素为顶板、液压支架和输送机。因此，8245工作面开采时，采用超前加固支护、改变巷道支护、增加采煤机功率、减小滚筒直径以及选用合理爆破方案等措施。8245工作面各个环节停工类型及时长统计如表3所示。

表3 极近距煤层8245环节停工类型及时长统计表

经统计可知，影响8245工作面可靠性的主要因素为输送机、采煤机和破碎机；次要因素为液压支架和电气系统。

对比8243工作面可知，采取相应措施后8245工作面中不存在由于顶板管理降低可靠性。而且，8245工作面设备的停工时长降低约2 714 min。即说明，采用文中采煤工艺可大大提升工作面的可靠性。

3 结语

影响综采工作面采煤效率的因素众多，但是不同地质、水文条件下其影响的主次各不相同。本文以其矿工作面为研究对象，得知影响采煤效率的主要因素为顶板支护、液压支架和输送机的工作效率，其次为采煤机和破碎机。采用超前加固支护、改变巷道支护、增加采煤机功率、减小滚筒直径以及选用合理爆破方案等改进措施后，顶板支护、液压支架以及输送机工作效率对工作面采煤效率的制约性降低。