崔聯(lián)兵

(山西省長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西長(zhǎng)治047100）

我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量豐富，同時(shí)也作為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)支柱，在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤炭將依然是我國(guó)最重要的能源。隨著煤炭開(kāi)采技術(shù)水平的提高以及對(duì)煤炭安全高效開(kāi)采認(rèn)識(shí)的提升，井下工作面布置長(zhǎng)度以及推進(jìn)長(zhǎng)度也愈來(lái)愈大，煤炭開(kāi)采效率也日益提高[1-2]。對(duì)于不同的礦井，煤層的地質(zhì)賦存條件也不同，在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作面的布置長(zhǎng)度和推進(jìn)長(zhǎng)度等參數(shù)時(shí)需要綜合考慮諸多因素。本文以某礦大采高工作面為背景，對(duì)工作面傾向長(zhǎng)度以及推進(jìn)長(zhǎng)度等主要參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，從而為該礦后續(xù)的生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。

1 工程概況

該礦井2號(hào)煤層埋深較淺，厚度在4.81～7.63m之間，平均為6m；工作面沿走向方向布置，在開(kāi)切眼方向煤層傾角最大為19°，走向方向煤層傾角在6°～15°之間。局部煤層有極薄的偽頂，厚度最大為0.11m，巖性為泥巖，有較強(qiáng)的吸水性；直接頂巖層以細(xì)粒砂巖為主，局部含有粉砂巖，表現(xiàn)為細(xì)粒砂巖和粉砂巖互層，有一定的穩(wěn)定性，厚度較大，平均為8.45m；基本頂巖層以粗粒砂巖為主，完整性較低，穩(wěn)定性較差，平均厚度達(dá)到了20m。煤層直接底主要是粉砂巖，遇水容易膨脹，平均厚度為11m。據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果顯示，工作面開(kāi)采過(guò)程中會(huì)遇到一些小型斷層等地質(zhì)構(gòu)造。本文以此地質(zhì)條件為背景，分析確定了該煤層首采工作面的主要參數(shù)，從而為后續(xù)工作面的接替以及礦井的安全高效生產(chǎn)提供一定的依據(jù)。

2 首采面推進(jìn)長(zhǎng)度分析

工作面推進(jìn)長(zhǎng)度受煤層實(shí)際賦存情況以及采掘設(shè)備過(guò)煤量的影響較大，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，一些先進(jìn)設(shè)備的過(guò)煤量超過(guò)了10Mt。由于大多數(shù)工作面都是沿走向布置，故工作面的推進(jìn)長(zhǎng)度也為走向長(zhǎng)度。確定工作面合理的推進(jìn)長(zhǎng)度有2個(gè)方面的原因：

（1）工作面搬家次數(shù)隨著推進(jìn)長(zhǎng)度的減小而增多，同時(shí)增加了搬家成本。

（2）當(dāng)工作面推進(jìn)長(zhǎng)度較大時(shí)，工作面兩側(cè)回采巷道的維護(hù)成本增加，煤炭以及其他材料設(shè)備的運(yùn)輸成本增大；同時(shí)對(duì)于自燃發(fā)火問(wèn)題嚴(yán)重的煤體，過(guò)大的推進(jìn)長(zhǎng)度增大了煤炭自燃的可能性，不利于工作面的安全生產(chǎn)。

通常情況下，工作面合理的走向長(zhǎng)度應(yīng)該以回采期一年為宜。迄今為止，在美國(guó)礦井工作面布置的走向長(zhǎng)度最大超過(guò)了5300m，我國(guó)大柳塔煤礦工作面布置的走向長(zhǎng)度更是達(dá)到了6000m[3]。本文所研究礦井2號(hào)煤層的首采工作面煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，賦存穩(wěn)定，但開(kāi)采過(guò)程中容易遇到斷層等構(gòu)造，故工作面的安全開(kāi)采受斷層的影響較大，則判定首采工作面布置的走向長(zhǎng)度最大為2000m。

3 首采面長(zhǎng)度分析

布置合理的首采工作面長(zhǎng)度同樣是保證礦井安全高效生產(chǎn)的重要前提。對(duì)于本礦井來(lái)說(shuō)，首采工作面的長(zhǎng)度也是傾向長(zhǎng)度。在一定區(qū)域內(nèi)加大工作面的傾向長(zhǎng)度能夠減少準(zhǔn)備工程量，提高煤炭采出率，減少端頭進(jìn)刀等輔助作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，從而提高煤炭的開(kāi)采效率；但是如果工作面傾向長(zhǎng)度較大，則工作面開(kāi)采過(guò)程中采空區(qū)范圍較大，圍巖可自由運(yùn)移的空間大，頂板管理以及煤壁穩(wěn)定性防治的難度提高，而且還會(huì)使得工作面推進(jìn)速率降低，增大了煤炭自燃的可能性，反而不利于煤炭資源的采出率。

工作面的傾向長(zhǎng)度受煤層地質(zhì)賦存條件以及刮板輸送機(jī)長(zhǎng)度的影響較為明顯。新型的刮板輸送機(jī)輸送能力達(dá)到了4000t/h，長(zhǎng)度為400m，從而為延長(zhǎng)工作面的傾向長(zhǎng)度提供了一定的基礎(chǔ)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外諸多礦井工作面高產(chǎn)高效生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)得到：工作面傾向長(zhǎng)度一般為150～400m，例如[4]美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家傾向長(zhǎng)度多數(shù)選擇在280～400m，而我國(guó)面長(zhǎng)多選擇在180～350m，補(bǔ)連塔煤礦大采高綜采工作面布置的傾向長(zhǎng)度為300m，對(duì)于大多數(shù)大采高工作面而言為超長(zhǎng)工作面，榆家梁礦某工作面布置的傾向長(zhǎng)度達(dá)到了408m。由此判斷本礦井2號(hào)煤層首采工作面的傾向長(zhǎng)度小于400m從理論上是可行的。

2號(hào)煤層傾角在6°～15°之間，為傾斜煤層。如果工作面布置的傾向長(zhǎng)度過(guò)大，則工作面上端頭和下端頭之間的高差較為明顯，刮板輸送機(jī)容易發(fā)生下竄，從而對(duì)2個(gè)端頭之間的聯(lián)系造成不利影響。另一方面，對(duì)于傾斜工作面，工作面走向長(zhǎng)度過(guò)大，則會(huì)影響采煤機(jī)的割煤速率以及液壓支架支撐頂板穩(wěn)定性的能力，引起更為復(fù)雜的礦壓現(xiàn)象，增大煤壁發(fā)生片幫失穩(wěn)的可能性，增大工作面的安全管理難度。工作面傾向長(zhǎng)度不同時(shí)對(duì)一些相關(guān)參數(shù)的影響如表1所示。

表1 工作面走向長(zhǎng)度相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

由表1可知，區(qū)段煤柱損失量隨著工作面走向長(zhǎng)度的增加而減少，同時(shí)采煤機(jī)割煤速率也在減慢。工作面過(guò)慢的推進(jìn)速率不利于采場(chǎng)煤壁片幫失穩(wěn)的防治，而走向長(zhǎng)度在400m以上時(shí)，割煤速率低于10m/s，煤壁容易發(fā)生片幫。另一方面，當(dāng)走向長(zhǎng)度小于250m/s時(shí)，割煤速率高于13.5m/s，很顯然割煤速率過(guò)快，幾乎是不可實(shí)現(xiàn)的。榆家梁礦某工作面布置的傾向長(zhǎng)度達(dá)到了408m，為目前國(guó)內(nèi)傾向長(zhǎng)度最大的工作面，該礦井同時(shí)也對(duì)不同傾向長(zhǎng)度的合理性進(jìn)行過(guò)分析，結(jié)果顯示，礦井經(jīng)濟(jì)效益隨著工作面面長(zhǎng)的增加而增大，但當(dāng)傾向長(zhǎng)度超過(guò)360m時(shí)，效益提升水平一般。榆家梁礦該工作面采高為3.5m，傾角較小，最大僅為6°；而本礦井2號(hào)煤層首采工作面煤層厚度較大，最大達(dá)到了7.63m，煤層傾角也較大，最大為15°；則對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)本次所研究的工作面地質(zhì)賦存條件更為復(fù)雜，所布置的工作面傾向長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)360m；故得到布置工作面傾向長(zhǎng)度應(yīng)在250～360m。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)開(kāi)采高度超過(guò)5m的大采高工作面的傾向長(zhǎng)度一般在300m之下，此類(lèi)工作面煤層傾角也不超過(guò)9°，故綜合考慮確定本礦井2號(hào)煤層首采工作面的傾向長(zhǎng)度為300m。

4 結(jié)束語(yǔ)

確定工作面合理的走向長(zhǎng)度和傾向長(zhǎng)度是保證礦井安全高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)。本文以某礦2號(hào)煤層首采工作面為據(jù)，通過(guò)對(duì)比論證以及統(tǒng)計(jì)分析等方法進(jìn)行了研究，認(rèn)為該工作面推進(jìn)長(zhǎng)度應(yīng)不超過(guò)2000m，傾向長(zhǎng)度應(yīng)保持在250～360m之間，最終確定傾向長(zhǎng)度為300m，相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果和認(rèn)證方法對(duì)于其它礦井工作面的布置提供一定的借鑒意義。

[1]郭保華，等.淺談我國(guó)大采高綜采技術(shù)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2003,30(2).

[2]宋振騏.實(shí)用礦山壓力控制[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1988.

[3]王金華.我國(guó)大采高綜采技術(shù)與裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].煤礦科技技術(shù),2006,34(1).

[4]張建華.清水營(yíng)煤礦大傾角厚煤層大采高開(kāi)采技術(shù)研究[D].西安科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文，2010.