综采工作面采煤参数及采煤工艺的优化

2021-09-28刘鑫志

山西冶金 2021年4期

刘鑫志

（同煤集团临汾宏大豁口煤业有限公司，山西临汾 041000）

对于煤矿企业而言，主要关注的问题为如何在保证综采工作面安全生产的前提下，最大限度的提升工作面煤炭的开采率，提升所采出煤炭的质量。经研究可知，决定上述问题的关键因素为工作面对应的采煤工艺和采煤参数[1]。因此，在实际煤炭开采过程中需根据工作面的地质、煤层等相关条件对采煤参数及采煤工艺进行优化选取。本文将以某矿4501工作面为例对其采煤参数和工艺进行优化。

1 工程概况

某矿设计的开采能力为6 Mt/a，目前可供开采的煤层包括有1号、3号、9号以及12号煤层。本文以3号所属的4501工作面为例对其开采参数和工艺参数进行优化设计。4501工作面的走向长度为有1 460 m，其中倾斜工作面的长度包括有245 m；其中，4501工作面煤层的最大倾角为45°，最小倾角为23°，煤层平均倾角为30°。目前，3号煤层4501工作面所采用的开采方式为放顶煤开采，对应的顶板管理方式为全部垮落法。经探测可知，4501工作面的顶底板情况如表1所示。

表1 4501工作面3号煤层工作面顶底板情况

2 采煤参数及工艺参数的优化

对于放顶煤开采方式而言，其关键采煤参数及对应工艺参数包括有顶煤的放煤高度、放煤步距以及放煤方式等。因此，本文将对上述参数进行优化。

2.1 放煤高度的优化确定

放煤高度与工作面所选型采煤机的采煤高度相关。从理论上讲，在放顶开采方式下所选取的放煤高度和采煤高度的和为工作面煤层的平均厚度[2]。因此，对指定的工作面煤层而言，采煤高度的最优确定即可得到最佳放煤高度。

一般情况下，采高与工作面的通风情况存在一定的关系，二者之间的关系如式（1）所示。

式中:Hg为采煤参数的采高；Qf为综采工作面当前通风设备的供风量，取Qf=21 m3/s；Bz为综采工作面所配置液压支架的最小长度，Bz=4.5 m；Vf，max为工作面的风速，一般取Vf，max=2.5-3.0 m/s；为根据工作面围岩及设备情况所确定的过风断面系数，取φ=0.6。

将上述参数代入式（1）计算可得，4501工作面3号煤层对应的最佳采煤高度为2.8-3.1 m。结合该矿当前所选型液压支架的具体型号，其对应的最高支护高度为3.2 m。与此同时，结合以往工作面采高参数的选取经验和通风要求，最终确定4501工作面对应3号煤层的最佳采煤高度为3 m。

经探测可知，3号煤层的平均厚度为9.35 m，则对应最佳的放煤高度为9.35 m-3 m=6.35 m。

2.2 放煤步距的优化确定

放煤步距指的是，在放顶煤开采中在两个采煤循环之间工作面所推进的距离。从理论上讲，放煤步距与采煤机的截割深度相关，二者具体关系为放煤步距为采煤机截割深度的整数倍。目前，4501工作面3号煤层采煤机对应的截割深度为0.8 m。结合实际放煤开采中放煤步距与煤层截割深度的比值一般取1倍、2倍以及3倍[3]。因此，本节对放煤步距分别为0.8 m、1.6 m以及2.4 m对应的开采效果进行对比分析，最终得出最佳放煤步距。

对不同放煤步距开采效果好坏的评价标准为：在固定循环数（15个循环）下对不同放煤步距下煤炭的回收率进行对比，回收率越高则所选取的放煤参数最优。

当放煤步距为0.8 m时，在15个开采循环下对应工作面的推进距离为15×0.8 m=12 m；根据采煤机的采煤高度为3 m，对应的放煤高度为6.35 m。则，可得出当放煤步距为0.8 m在15个开采循环下所截割出煤炭的理论体积计算如下：

根据4501工作面3号煤层对应煤炭的容重为0.83 t/m3，得出当放煤步距为0.8 m在15个开采循环下所截割出煤炭的理论质量为189.738 t。

经在工作面实际生产采用放煤步距为0.8 m开采时，对应实际煤炭放出量为161.28t。则，当放煤步距为0.8 m时，对应煤炭回收率为161.28 t/189.738 t=85%。

同理，分别对放煤步距为1.6 m和2.4 m时对应煤炭采出率进行计算。

综上所述，得出不同放煤步距下在15个采煤循环下工作面煤炭的回收率如表2所示。

表2 不同放煤步距对应回收率对比

综上所述，3号煤层对应的最佳放煤步距为0.8 m。

2.3 放煤方式的优化确定

对于放顶煤开采方式而言，除了放煤步距、放煤高度两个参数外，另一个影响煤炭开采的重要因素为所采用的放煤方式[4]。经理论研究可知，不同放煤方式所得煤炭中含矸率不同。因此，本节将对不同放煤方式下的含矸率进行对比，所对比的放煤方式包括有单轮顺序放煤、单轮间隔放煤、双轮顺序放煤以及双轮间隔放煤[5]。不同放煤方式下对应的含矸率如表3所示。