煤矿厚煤层采煤工艺的分析研究

煤矿厚煤层采煤工艺的分析研究

刘鑫龙

准格尔旗弓家塔宝平湾煤炭有限责任公司   内蒙古自治区   鄂尔多斯市    017000

摘要：中国厚煤层(≥3.5m)储量丰富，可采储量和产量占全国的40%~50%。近年来，大高度综采技术由于具有煤炭回采率高、巷道开挖率低等优点，逐渐成为一种高效的采矿方式，在山西、陕西、蒙古、新疆等西部地区的大型矿山得到快速应用，极大地提高了矿山的生产效率和安全水平。为保障中国能源安全、释放优质产能发挥了重要作用。近年来在超大采高综采技术和装备，实现了特厚煤层超大采高综采新的突破。

关键词：煤矿；厚煤层；采矿工艺；分析研究

引言

根据现有煤层技术规范，厚煤层通常是指厚度在3.5m及以上的煤层，厚煤层的开采量已占全国资源量的一半左右。根据落煤技术，厚煤层的开采方法有水力、爆破和机械落煤三种。同时也分为三种采煤方式，即长壁(趋势、倾向)、短壁开采，其中，水力煤利用顶板条件好，且含气量小，煤质软，不适合机械化开采，因其通风复杂，存在隐患，资源回收率低，一直被限制使用;喷煤效率低，安全隐患大，且开采环节多，主要用于采高4m以下，且不适合机械化开采的中小煤矿；接下来对厚煤层采煤工艺进行深度分析，为煤矿采煤工作提供技术支持。

1.厚煤层采煤工艺

1.1采放比

根据煤矿安全规程，严禁采用放顶煤开采技术，放顶煤采动量大于1∶3。开采顶煤时，采煤量取决于采煤机破碎的煤量和顶煤释放的煤量。当采煤机的开采高度增加时，相应的放煤高度降低，有利于顶煤的放煤，提高采煤回收率，缩短采煤机的开采工作时间，提高产量。但是，当开采高度不断增加时，矿山压力会出现严重的问题，对支护强度和支护吨位的要求也会更加严格。采煤高度是破煤高度和出顶煤高度之和，采煤和出顶煤的比值是两者的比值。其中，采煤机割煤高度需满足：一是可将采煤机割煤高度、破煤速度的最佳性能发挥出来；二是符合该工作面通风需求；三是作业空间合理。同时，结合当前综采开采条件，综放面采煤机割煤高度一般是2.5～3.6m。结合挖金湾虎龙沟煤业煤层条件及生产情况，确定采煤机割煤高度（Hc）3m；放煤高度是煤厚减去截割剩余高度，挖金湾虎龙沟煤业煤层平均厚度（Hz）是10.58m[1]。

1.2放煤步距

拉拔步距是指相邻两个拉拔步距之间工作面推进距离的多少，拉拔步距的大小主要与采煤机滚筒的切割深度有关。现阶段，煤炭企业较为常用的排煤方式主要有采一排一、采二排一和采三排一、排三，三种排煤方式的排煤步长分别为0.8m、1.6m、2.4m。为了确定矿井工作面放煤步距。其中，截煤高度设置为3m，排煤高度设置为7.69m，采用循环次数为4、8、12、16的一对顶煤排煤进行模拟分析，采用循环次数为9、15的一对顶煤排煤进行模拟分析。通过模拟分析，采一放一的回收率为85.6%，采二放一的回收率为81.9%，采三放一的回收率为78%，故应选择采一放一的放煤方式，放煤步距应选择为0.8m

1.3放煤方式

综采工作面循环开采中，根据不同排煤口的开孔数量、开孔顺序和开孔量，将排煤方法进行组合。按卸煤口开启顺序分为顺序卸煤和间隔卸煤;按排煤次数分为单轮、双轮和多轮排煤。因此，组合排煤方式有:单轮间隔排煤、单轮序排煤和多轮序排煤。结合相关矿山顶煤排出量分析，为实现煤矸石均匀还原，提高顶煤回收率，采用多轮顺序访美。因此，在采煤机采煤高度为3m时，将6个液压支架各分成一组，分别对单轮间隔、单轮顺序和多轮顺序三种排煤方案进行了两组模型的模拟分析。单轮间隔放煤：放煤时，先将单号支架放煤窗口打开进行放煤，当流出矸石时将放煤窗口关闭并结束放煤，完成一定步距后将双号支架放煤口开启，将双号支架上方遗留煤放出。

1.4 缓倾斜煤层开采技术

  （1）缓倾斜薄煤层开采技术

缓倾斜薄煤层的开采主要包括高档薄煤层一般开采技术、薄煤层综采技术和犁式开采技术。其中薄煤层高品位一般开采技术是指利用采煤机进行双向开采。在该技术的应用中，需要科学设置运输巷道和回风巷道，采用锚杆支护巷道，钢梁支护工作面，以提高开采安全性。薄煤层综采技术对采矿机械的要求比较高，因此有必要根据煤层厚度、倾角、埋深范围、煤层顶底板岩性等因素选择采矿机械并优化机械参数[2]。

（2）缓倾斜特厚煤层开采技术

放顶煤开采技术在超厚煤层开采中起着重要作用，有利于提高超厚煤层的回采率。在该技术的应用中，要做好采掘工作面设计、支架选择、工艺参数制定等各方面工作，提高开采质量。如布置工作面时，可沿煤层底板设置2~3m高工作面;在制定工艺参数时应优化采放比、工作面走向长度以及工作面采比；在采矿时应优化放煤工艺，灵活应用多轮隔架顺序放煤法等手段。

2.不同开采工艺对比分析

超厚煤层综采主要包括分层、综采和综放三部分。20世纪80年代中期以前，受开采技术、设备和理论发展的限制，厚煤层普遍采用分层开采。分层开采生产系统复杂，巷道开挖工程量大，人工铺设假顶，安全条件差，生产成本高，管理复杂，特别是下层分层开采存在较大的安全风险。随着综放和大型化开采技术的逐渐成熟，8m以下煤层已很少采用分层开采。综放开采作为一项国内独有的开采技术，对超厚煤层高产高效开采起到了重要的推动作用。特别是结合大采高的大型机械化崩落和超级机械化崩落技术，一次性实现了20m煤层全厚，并获得国家科技进步一等奖，标志着中国的机械化崩落技术又上了一个新台阶。针对西部特厚硬煤开发的6~7m超大采高综放开采技术，在解决煤层硬度大、完整性好、易悬顶和回收率较低等方面发挥了重要作用。

3.采煤工艺技术优化措施探讨

3.1提高机电和运输环节保护力度，加大资金和技术投入

在煤矿开采安全管理工作中，应加大对机电和运输环节的质量控制，并结合开采需要，适当增加资金和技术投入，矿山开采一般会随着开采程度的加深而加深，这就意味着机电运输的难度会不断扩大。在矿山安全管理工作中，要根据每个矿山的情况，提高机电运输的防护，做好相应的漏电保护，注意作业环节中钢丝绳的强度是否达标，保证矿车进出的安全。从某种意义上说，资金和技术的投入效果会影响矿山安全管理的整体效率，资金投入越多，安全保障措施就越完善。基于安全生产目标，需要对煤矿开采环境进行全面监测，在技术支持下提高煤矿开采安全系数，确保煤矿安全管理工作有序开展。

3.2采用智能化采煤工艺

针对难以准确控制采煤高度导致采煤回收率低的问题，应采用智能采煤技术。智能采煤技术可以实现采煤机采煤高度的自动控制。利用地质雷达可实现煤层厚度的动态测量，实现采高的精确控制。同时，由于使用了更多的探测器，可以更好地保护采煤机的牙齿不，用担心切割矸石采煤机牙齿磨损。智能采煤技术是随着人工智能技术的发展而兴起的一种新型采煤技术，它极大地促进了煤矿开采的转型，使煤矿开采更加高效、安全。需要注意的是，实现智能化采煤并不是一件容易的事。智能化采煤工艺是建立在信息化技术上的一项开采工艺，要求实现信号的实时传输和处理[3]。

结束语

近年来，中国厚煤层开采技术得到快速发展，引领着世界煤炭工业的发展方向，产量、效率、开采高度屡创新高。然而，超高采高综采面临着超高煤壁、超高矿压等诸多问题，需要通过采煤、安全、智能化等全方位创新来保障。随着项目的不断深入研究，超大采高综采相关关键技术的突破将进一步丰富我国特厚煤层开采的技术体系。

参考文献：

［1］王国法,李希勇,张传昌,等.8m大采高综采工作面成套装备研发及应用［J］.煤炭科学技术,2017,45(11):1-8.

［2］庞义辉,王国法,张金虎,等.超大采高工作面覆岩断裂结构及稳定性控制技术［J］.煤炭科学技术,2017,45(11):45-50.

［3］孟宪锐,吴昊天,王国斌.我国厚煤层采煤技术的发展及采煤方法的选择［J］.煤炭工程,2014,46(10):43-47.