综采工作面采煤参数及采煤工艺的优化

综采工作面采煤参数及采煤工艺的优化

刘井刚

辽源矿业（集团）有限责任公司金宝屯煤矿 028115

摘要：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。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。本文将以某矿工作面为例对其采煤参数和工艺进行优化。

关键词：放顶煤开采;放煤步距;放煤高度;含矸率;

为进一步提升综采工作面的煤炭的回收率和煤炭质量，在分析其地质、水文以及煤层等条件的基础上，对所采用的放顶煤开采工艺下对应的放煤高度、放煤步距以及放煤方式进行优化确定，为其他开采工艺下采煤参数及工艺参数的优化确定提供指导。

1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。

1.1 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。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=23 m3/s;Bz为综采工作面所配置液压支架的最小长度，Bz=7 m;Vf,max为工作面的风速，一般取Vf,max=1.8-2.5 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，龙家堡煤矿采煤工作面Ⅱ、Ⅲ合采原始煤层对应的最佳采煤高度为2.2-3.04 m。结合该矿当前所选型液压支架的具体型号为ZF7000/18/35支撑掩护式液压支架，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，最终确定工作面对应Ⅱ、Ⅲ合采原始煤层的最佳采煤高度为3 m。

经探测可知，龙家堡煤矿Ⅱ、Ⅲ合采原始煤层的平均厚度为10 m，则对应最佳的放煤高度为10 m-3 m=7 m。

1.2 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，工作面Ⅱ、Ⅲ合采原始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。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7 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：

根据工作面Ⅱ、Ⅲ合采原始煤层对应煤炭的容重为1.45 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365.4 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310.59 t。则，当放煤步距为0.8 m时，对应煤炭回收率为310.59 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，Ⅱ、Ⅲ合采原始煤层对应的最佳放煤步距为0.8 m。

1.3 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。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。 综上所述，确定的最佳放煤方式为双轮顺序放煤。

2 采煤工艺优化原则和优化方法

以上分析了采煤工艺存在的问题，为了解决这些问题，需要对采煤工艺进行优化。在进行优化时，需要明确优化原则和具体的优化方法。下面，将对这两个方面进行分析。

2.1 采煤工艺的优化原则

从大量的现场实践中发现，在优化采煤工艺时需要遵循以下几个原则：a)保证生产的安全性。在煤矿开采活动中，安全问题应该处在首位，也就是说，在优化采煤工艺时必须在最大程度上保证人的生命安全，不要为了开采的经济效益而牺牲了安全。b)经济效益最大化。煤矿企业的经济效益应该是采煤工艺优化的重点内容，在保证安全的前提下，在最大程度上降低煤矿开采成本和提升生产效率，从而保证经济效益。c)节约煤炭资源。煤炭资源是一种不可再生能源，在回采时要尽可能地提高采出率，避免产生较严重的资源浪费。

为了实现这三条原则，一方面要提升采煤工艺水平，另一方面要提高煤矿的管理水平。

2.2 采煤工艺的优化方法

a)针对现有采煤工艺存在的煤炭资源回采率较低的问题，应该对现有的采煤机进行改进，主要可从以下几方面做起：(a)在采煤机上安装地质雷达，能实时地测量煤层的厚度，并确定合理的煤层采高，从而能在最大程度上提高煤炭的采出率。(b)使采煤机能自动调整采高。考虑到人对采煤机采高的调整具有一定的主观性，应该在采煤机上安装控制电机，这样可以根据需要自动设定采高。(c)安装采出率自动核定系统。通过测得的煤层实时厚度以及采高，实时计算煤层的采出率，当煤层的采出率低于规定值时，发出相应的警示，提醒采煤机司机。随着智能化技术和设备的发展，实现采煤机的自动化是大势所趋。

b)对于煤层开采过程中的岩层扰动问题，应该发展绿色采煤工艺。一种较为成功的改进方法是在现有的采煤工艺中增添充填系统，一边回采，一边充填，这样可以保证对岩层的扰动最小，从而避免地表形成开采沉陷区。各种充填材料的出现，特别是高水充填材料，极大地促进了充填采煤工艺的发展。虽然充填材料会增加一定的生产成本，但是充填后可以降低开采沉陷区的危害，从长远来看具有很高的效益。为此，在现有的条件下，应该大力推广充填采煤工艺，以实现对矿区生态环境的保护。

c)对于采煤机截齿出现的磨损加剧的问题，应该从技术上加以解决，最有效的办法是在采煤机上安装煤岩层硬度测定系统，通过对工作面前方的煤岩层硬度进行评估，制订合理的开采策略。对于硬度高于限定硬度的煤岩层，可以采用其他方式破岩，例如爆破方式。

3 结论

综采工作面煤炭开采回采率和含矸率为煤矿企业关注的两项关键指标，而这两项指标与工作面所采用的采煤参数及对应的工艺参数相关。因此，需根据综采工作面的地质、煤层等条件对采煤参数及工艺参数进行优化确定。本文以龙家堡煤矿Ⅱ、Ⅲ合采原始工作面为例分析对其放顶煤开采方式下对应的参数进行优化确定，具体总结如下：

1）基于最佳采高得出对应放顶煤的最佳放煤高度为7 m。

2）对不同放煤步距对应工作面煤炭回收率分析得出最佳放煤步距为0.8 m，且对应回收率为85%。

3）对不同放煤方式下对应煤炭含矸率进行分析得出最佳放煤方式为双轮顺序放煤，且对应含矸率为5.18%。

参考文献

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