王金君，林媛媛，殷衛(wèi)峰

(1.永城市供電有限責(zé)任公司，河南 永城 476600;2.中煤科技集團(tuán)公司，北京 100013)

我國(guó)厚及特厚煤層儲(chǔ)量十分豐富，可采儲(chǔ)量占生產(chǎn)礦井總儲(chǔ)量的45%［1］，研究大采高綜放技術(shù)具有極為重要的意義。大采高綜放面有諸多優(yōu)勢(shì)，有利于頂煤垮落，進(jìn)一步改善頂煤的冒放性［2］;有利于使用大功率采煤機(jī)和前后部刮板輸送機(jī);可增加放煤口數(shù)量［3］，縮短放煤時(shí)間;增加通風(fēng)斷面，降低風(fēng)阻，有利于稀釋放煤口及上隅角瓦斯;縮短工作面循環(huán)時(shí)間，提高工作面推進(jìn)速度;提高采出率與單產(chǎn);提高一次采放的總高度。但同時(shí)也存在著相應(yīng)的負(fù)面影響:由于割煤高度的增加，煤壁穩(wěn)定性控制難度加大，兩巷斷面大支承壓力較大易底鼓片幫［4］;工作面及上隅角瓦斯的超限，甚至?xí)霈F(xiàn)局部瓦斯涌出量較高的情況。

1 應(yīng)用概況

目前我國(guó)應(yīng)用大采高綜放的礦井主要有:大同礦區(qū)的同忻煤礦、塔山煤礦，中煤能源集團(tuán)平朔煤業(yè)公司安家?guī)X一號(hào)井工礦、二號(hào)井工礦，山西焦煤集團(tuán)西山煤電公司斜溝煤礦23103 工作面，神華集團(tuán)神東煤業(yè)集團(tuán)公司保德煤礦81300－1 工作面和81502－2 工作面，潞安集團(tuán)王莊煤礦等。

幾個(gè)礦井地質(zhì)條件和開(kāi)采條件如表1 所示。

1.1 煤層賦存情況

總體來(lái)說(shuō)各礦煤層賦存條件簡(jiǎn)單，平均厚度較大，在9.6～16m 之間，同忻最大為16m，塔山次之為14.81m。煤體的冒放性整體較好，相比而言，冒放性最差的保德煤礦其冒放性也達(dá)到中等偏好。礦井煤層埋深同忻和塔山比較大，同忻最深達(dá)501m，平均448.5m;塔山平均397.7m，斜溝平均334.5m;平朔一號(hào)井約220m;保德平均263.5m。斜溝煤層傾角最大為8.9°，平朔一號(hào)井局部區(qū)域傾角能達(dá)到12°，其余大都在5°以?xún)?nèi)。

1.2 地質(zhì)情況

整體來(lái)看各礦的直接頂和基本頂較穩(wěn)定，斷層少，基本無(wú)陷落柱和火成巖侵入。從地質(zhì)條件來(lái)看，同忻礦基本頂在靠近切眼和平朔一號(hào)井局部區(qū)域有火成巖侵入，其中平朔一號(hào)井初采時(shí)，由于小煤窯開(kāi)采的影響發(fā)生過(guò)發(fā)火事故。在日?；夭蛇^(guò)程中，由于巷道斷面比較大，綜放面受采空區(qū)擾動(dòng)影響劇烈，巷道底鼓比較嚴(yán)重，在同忻礦、塔山礦和平朔一號(hào)井較為明顯。尤其是平朔一號(hào)井，斷層14 條，落差最大12m，大多1.3～7m，富水層弱，水影響小，回采過(guò)程中底鼓治理成為一大難題。斜溝23103 面局部古河流沖蝕沉積帶，水條件中等局部有突水危險(xiǎn)斷層，對(duì)生產(chǎn)有一定的影響。保德礦區(qū)域煤厚大、淺部煤層較薄，構(gòu)造多，地質(zhì)沖刷較嚴(yán)重，水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單。

表1 礦井地質(zhì)條件和開(kāi)采條件

1.3 瓦斯情況

所述礦井中除了保德礦的瓦斯稍高外，其他礦井均屬于低瓦斯礦井。不過(guò)大采高綜放面出現(xiàn)過(guò)瓦斯超限，開(kāi)采前厚煤層瓦斯相對(duì)量很小，由于開(kāi)采煤量大，瓦斯涌出量瞬間增大使得絕對(duì)涌出量較高。尤其是來(lái)壓期間綜放工藝對(duì)采空區(qū)擾動(dòng)大，出采空區(qū)殘存瓦斯。同樣在煤層破碎地段和地質(zhì)構(gòu)造帶附近瓦斯絕對(duì)涌出量也很大。所以各大采高綜放面均采用的是高瓦斯治理。

1.4 工作面產(chǎn)量與相關(guān)信息統(tǒng)計(jì)分析

各礦區(qū)工作面產(chǎn)量及相關(guān)信息見(jiàn)表2。

表2 各礦區(qū)工作面產(chǎn)量與相關(guān)信息

由表2 可以看出，調(diào)研的工作面年產(chǎn)量都在6.0Mt 以上。可見(jiàn)大采高綜放技術(shù)和設(shè)備國(guó)產(chǎn)化方面取得了卓越的成果，在開(kāi)采特厚煤層方面有超強(qiáng)的活力和前景。從地質(zhì)條件來(lái)看，千萬(wàn)噸級(jí)配套的工作面地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單的同忻礦產(chǎn)量最高，條件較為復(fù)雜的斜溝和保德產(chǎn)量稍低。

如表2 所示，工作面采出率均在85% 以上，平均為88.7%，最高是同忻礦，采出率為89.5%。綜采面的采出率較高，在93%以上。頂煤采出率均在76%以上，平均為81.3%，最高是塔山礦，采出率為88.1%，總體來(lái)看綜放面整體采出率平均為85%。與綜采面的采出率相比還有一定的差距。因此，要進(jìn)一步努力解決綜放開(kāi)采的不利因素，盡量提高資源采出率。

2 工作面裝備

工作面整體運(yùn)行情況如表3 所示。

從設(shè)備方面來(lái)看，同忻除膠帶輸送機(jī)和液壓支架外全部國(guó)外進(jìn)口;塔山推進(jìn)全部國(guó)產(chǎn)化;平朔一號(hào)井只采煤機(jī)為進(jìn)口，其他國(guó)產(chǎn);斜溝礦23103 面國(guó)產(chǎn)化和同忻類(lèi)似;斜溝礦18102 面采煤機(jī)、刮板機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)口。保德81502 面采煤機(jī)，前后刮板機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)為進(jìn)口，保德81300－1 面與平朔一號(hào)井類(lèi)似;問(wèn)卷調(diào)查的五家溝礦、東灘礦和興隆莊礦井設(shè)備除了東灘采煤機(jī)為國(guó)外進(jìn)口，整套設(shè)備全國(guó)產(chǎn)化。由此看出，綜放面主要設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化比例約49.1%，國(guó)產(chǎn)設(shè)備已能基本滿(mǎn)足千萬(wàn)噸(級(jí))綜放面的要求?？傮w來(lái)看，各礦支架均為國(guó)產(chǎn)，三機(jī)以外的配套設(shè)備基本國(guó)產(chǎn);關(guān)鍵設(shè)備和核心部件引進(jìn)國(guó)外技術(shù)比重較大，液壓支架結(jié)構(gòu)件沒(méi)問(wèn)題，但密封系統(tǒng)和材質(zhì)的強(qiáng)度、耐磨性、耐高溫和加工工藝還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

表3 工作面整體運(yùn)行情況

礦井的平均開(kāi)機(jī)率84.4%，其中綜放面中塔山最高為92.7% (全國(guó)產(chǎn)化)。條件較為類(lèi)似的同忻礦開(kāi)機(jī)率僅為80% (膠帶輸送機(jī)和液壓支架外全部國(guó)外進(jìn)口)，以此來(lái)比較國(guó)產(chǎn)設(shè)備的適應(yīng)性還是可以的。平朔一號(hào)井14109 面(只有采煤機(jī)進(jìn)口)開(kāi)機(jī)率為80.6%，保德81300－1 面開(kāi)機(jī)率最低(只有采煤機(jī)進(jìn)口)，為77.6% ?？傮w來(lái)講，國(guó)產(chǎn)設(shè)備存在故障問(wèn)題，可靠性不高，但差距不是很大。設(shè)備運(yùn)行情況主要受地質(zhì)條件影響較大，當(dāng)然國(guó)產(chǎn)設(shè)備某些部件確實(shí)存在問(wèn)題，有待提高。

國(guó)產(chǎn)設(shè)備故障稍高，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:采煤機(jī)和前輸送機(jī)配套問(wèn)題，造成三角煤割不透;采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)易發(fā)生故障，截割部和搖臂的可靠性不高，牽引部易損壞;支架使用情況較好，主要是密封圈問(wèn)題;前后刮板機(jī)問(wèn)題也比較多，軟啟動(dòng)裝置不夠成熟，耦合調(diào)速器、電磁先導(dǎo)換向閥組易出現(xiàn)問(wèn)題;刮板機(jī)的齒輪和鏈條的材質(zhì)和耐磨性較差，易損壞;膠帶機(jī)方面問(wèn)題不大，偶有軟啟動(dòng)損壞，運(yùn)輸能力基本達(dá)標(biāo)。調(diào)研礦井滿(mǎn)倉(cāng)情況較少。

3 開(kāi)采工藝

各工作面開(kāi)采工藝如表4 所示。

目前工作面傾斜長(zhǎng)度已經(jīng)超過(guò)400m，走向長(zhǎng)度已超過(guò)6000m。在國(guó)外傾斜長(zhǎng)度超過(guò)300m 的綜采面很普遍。各綜放面的采放比均控制在1∶ 3 范圍內(nèi)，實(shí)際回采時(shí)，由于頂煤的冒放性很好，若頂煤存在近距離煤層，會(huì)出現(xiàn)采放比超標(biāo)的現(xiàn)象;放頂煤工藝方式多為一刀一放雙輪順序低位放煤，僅斜溝礦采用兩刀一放雙輪順序低位放煤。綜放面平均采出率為85%。頂煤采出率是制約綜放技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵要素之一，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，在后部輸送機(jī)溜槽后安裝頂煤回收裝置，解決放煤時(shí)由于后輸送機(jī)溜槽高度形成的自然堆積角內(nèi)頂煤的回收，大大地優(yōu)化了頂煤回收問(wèn)題，但是目前過(guò)渡支架和端頭支架上的頂煤回收是一個(gè)嚴(yán)峻的課題，要深入研究進(jìn)一步減少頂煤的損失。

表4 工作面開(kāi)采工藝情況對(duì)照

綜放面在日進(jìn)刀方面，保德81300－1 工作面最低為5 刀，斜溝23103 面最高為12 刀，綜放面日進(jìn)刀平均為8.8 刀。在產(chǎn)量方面部分綜放面突破千萬(wàn)噸(級(jí))，其中同忻最高，達(dá)1006.7 ×104t。

4 存在問(wèn)題

4.1 設(shè)備使用和配套存在的問(wèn)題

(1)全套國(guó)產(chǎn)性能上基本能滿(mǎn)足實(shí)現(xiàn)千萬(wàn)噸(級(jí))綜放面的要求，但是設(shè)備的可靠性不高，各設(shè)備的配套協(xié)調(diào)性需要進(jìn)一步改善，三機(jī)選型配套依據(jù)需進(jìn)一步充實(shí)。

(2)國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)基本能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，但故障率較高，主要是采煤機(jī)和前輸送機(jī)配套問(wèn)題，前機(jī)頭機(jī)尾過(guò)渡槽短，邊界槽配合度差，采煤機(jī)行走不到位造成三角煤割不透。采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)易發(fā)生故障，截割部和搖臂的可靠性不高，牽引部易損壞，常見(jiàn)的故障有:油缸漏油、搖臂不調(diào)高、液控閥壞，換電機(jī)及減速箱、換行走齒輪、油管壞。

(3)國(guó)產(chǎn)支架使用效果較好，但大型設(shè)備體重大，來(lái)壓時(shí)支架陷底嚴(yán)重，其次是缺乏安全通道。再者是密封性差，跑冒滴漏現(xiàn)象比較多，密封圈經(jīng)常更換，極大地影響生產(chǎn)，其材質(zhì)的強(qiáng)度、耐磨性、耐高溫和加工工藝需要進(jìn)一步改進(jìn);乳化液濃度正常生產(chǎn)很難達(dá)到5%的水平，管理不到位，乳化液雜質(zhì)含量高;電液控液壓支架功能優(yōu)勢(shì)沒(méi)有完全發(fā)揮;放頂煤液壓支架是選擇兩柱還是選擇四柱有待進(jìn)一步論證分類(lèi)。

(4)刮板輸送機(jī)常見(jiàn)的問(wèn)題有鏈環(huán)易斷，中間槽耐磨性差，且表現(xiàn)為后輸送機(jī)的損壞比前輸送機(jī)大的特點(diǎn)。煤流速度不均勻，刮板機(jī)易壓死難以啟動(dòng)。后刮板機(jī)與液壓支架軟連接，傾角大時(shí)，后刮板機(jī)易下竄。

(5)破碎機(jī)主要表現(xiàn)在錘頭磨損方面，矸石進(jìn)入運(yùn)煤系統(tǒng)多，造成運(yùn)輸系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，矸石塊頭大、較硬，增加了破碎機(jī)錘頭的磨損。

(6)膠帶機(jī)運(yùn)輸能力基本達(dá)標(biāo)，偶爾有軟啟動(dòng)損壞、膠帶斷、跑偏、膠帶跳電、膠帶壓死等現(xiàn)象。

(7)國(guó)產(chǎn)設(shè)備零部件的使用周期短，更換頻繁;控制系統(tǒng)不成熟，國(guó)產(chǎn)的傳感器質(zhì)量參差不齊，有的能用1～2a，有的只有1～2 個(gè)月;更換零件拆裝困難，維修空間小;國(guó)產(chǎn)設(shè)備說(shuō)明書(shū)與進(jìn)口設(shè)備說(shuō)明書(shū)相比，所述內(nèi)容不夠全面和詳細(xì)，國(guó)產(chǎn)配套設(shè)備資料的完整性有待完善;國(guó)產(chǎn)設(shè)備體積過(guò)大，占用巷道空間，不利于行人且不方便修理安裝。但是進(jìn)口設(shè)備昂貴，售后服務(wù)困難，發(fā)生故障時(shí)外國(guó)勞工修理耗時(shí)費(fèi)事，備件購(gòu)運(yùn)周期長(zhǎng)，一般4～5 個(gè)月，對(duì)生產(chǎn)造成很大影響。

(8)大采高綜放設(shè)備大，缺乏配套的搬家設(shè)備，搬家費(fèi)時(shí)費(fèi)力?，F(xiàn)在一般采用兩套設(shè)備緩解因搬家時(shí)接替緊張問(wèn)題，建議多功能搬家車(chē)輛也需配套，以減少搬家耗時(shí)。

4.2 兩巷支護(hù)存在的問(wèn)題

兩巷支護(hù)設(shè)計(jì)存在一定的問(wèn)題，部分設(shè)計(jì)憑借工程類(lèi)比和經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)，缺乏科學(xué)設(shè)計(jì)依據(jù)，導(dǎo)致支護(hù)效果不理想，尤其是巷道底鼓現(xiàn)象嚴(yán)重，且大多大采高綜放面都出現(xiàn)此類(lèi)現(xiàn)象。

4.3 頂煤采出率及統(tǒng)計(jì)存在的問(wèn)題

頂煤放出還是憑經(jīng)驗(yàn)“暗箱操作”，“見(jiàn)矸關(guān)門(mén)”是否科學(xué)需進(jìn)一步論證，含矸量依靠放煤工的經(jīng)驗(yàn)和操作熟練度來(lái)控制界面關(guān)窗，工人的自由度太大，放煤中含矸多少才停止放煤是一難題，缺乏科學(xué)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。部分礦井計(jì)算頂煤采出率的方法不妥，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)結(jié)果不準(zhǔn)確

5 建議

通過(guò)對(duì)各個(gè)礦區(qū)的分析，大體了解了目前千萬(wàn)噸(級(jí))綜放面的情況，雖然目前的開(kāi)采工藝基本能滿(mǎn)足當(dāng)前的生產(chǎn)要求，但是仍存在許多不足之處，為了達(dá)到千萬(wàn)噸(級(jí))綜放面安全高效生產(chǎn)的目的，建議各礦區(qū)進(jìn)一步做好和完善以下幾方面的工作:

(1)加強(qiáng)工作面及其鄰近地點(diǎn)地質(zhì)勘探，準(zhǔn)確掌握地質(zhì)信息。

(2)提出千萬(wàn)噸(級(jí))綜放面基本地質(zhì)要求，綜合多種因素，優(yōu)化工作面參數(shù)。

(3)進(jìn)一步提高工作面國(guó)產(chǎn)設(shè)備的可靠性尤其是采煤機(jī)的可靠性，提高國(guó)產(chǎn)設(shè)備利用率。

(4)提出大采高綜放工作面設(shè)備配套原則，科學(xué)合理進(jìn)行三機(jī)選型配套，開(kāi)展放頂煤開(kāi)采巖層和支架?chē)鷰r相互作用機(jī)理研究，研究放頂煤開(kāi)采力學(xué)模型、圍巖應(yīng)力、頂煤破碎機(jī)理、支架與圍巖相互作用關(guān)系，合理選擇液壓支架工作阻力和架型。

(5)研制配套的工作面設(shè)備搬家、拆除裝置及技術(shù)，縮短工作面安裝和拆除時(shí)間。

(6)提出放煤優(yōu)化準(zhǔn)則和提高頂煤采出率的途徑。運(yùn)用離散元等方法研究頂煤放落規(guī)律，大力開(kāi)展自動(dòng)化放煤技術(shù)。加強(qiáng)放煤工的責(zé)任心、操作業(yè)務(wù)水平的培訓(xùn)和合理的量化核定激勵(lì)機(jī)制。

(7)開(kāi)展工作面兩巷支護(hù)設(shè)計(jì)攻關(guān)研究，防治巷道底鼓現(xiàn)象出現(xiàn)，研制兩巷加強(qiáng)支護(hù)超前液壓支架，確保兩巷斷面尺寸，保證行人安全、兩巷設(shè)備順利前移。

(8)進(jìn)一步完善防水及一通三防保障體系，解決水害、瓦斯防治、自然發(fā)火和粉塵防治等。

［1］國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.中國(guó)煤炭工業(yè)年鑒［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2007.

［2］李明忠，劉珂珉，曾明勝，等.大采高放頂煤開(kāi)采技術(shù)及其發(fā)展前景［J］.煤礦開(kāi)采，2006，10 (5):28－29.

［3］毛德兵，康立軍.大采高綜放開(kāi)采及其應(yīng)用可行性分析［J］.煤礦開(kāi)采，2003，3 (1):11－14.

［4］閆少宏，尹希文.大采高綜放開(kāi)采幾個(gè)理論問(wèn)題的研究［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2008 (5).