深部矿井厚煤层超大采高综采技术研究展望.pdf

第 ４２ 卷第 ４ 期煤 炭 科 学 技 术Ｖｏｌ􀆱 ４２ Ｎｏ􀆱 ４ ２０１４ 年４ 月Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｐｒ. ２０１４ 采矿与井巷工程 深部矿井厚煤层超大采高综采技术研究展望 惠 本 利 中煤陕西榆林能源化工有限公司ꎬ陕西 榆林 ７１９０００ 摘 要为探索深部矿井超大采高综采技术的可行性ꎬ基于浅部煤层大采高综采技术应用的成功经 验ꎬ在分析我国大采高综采技术发展历程的基础上ꎬ阐述了超大采高综采技术特点ꎬ分析了深部矿井 采用超大采高综采技术的可行性ꎬ认为超大采高综采具有生产效率高、资源采出率高、工艺流程简单 等优点ꎬ分析了深部超大采高综采所需的关键技术及可能面临的问题ꎬ分析表明深部矿压显现强烈、 工作面巷道变形量较大、对设备可靠性要求较高是深部超大采高综采技术面临的主要问题ꎬ因此深入 研究矿压显现规律、煤壁稳定性控制技术措施、提高设备可靠性是实现超大采高综采技术需解决的首 要问题ꎮ 关键词深部开采ꎻ超大采高综采ꎻ资源采出率ꎻ厚煤层 中图分类号ＴＤ８２１ 文献标志码Ａ 文章编号０２５３－２３３６２０１４０４－０００１－０４ Ｒｅａｓｅｒｃｈ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ Ｆｕｌｌｙ－Ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ Ｔｈｉｃｋ Ｓｅａｍ ｉｎ Ｄｅｅｐ Ｍｉｎｅ ＨＵＩ Ｂｅｎ￣ｌｉ Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｓｈａａｎｘｉ Ｙｕｌｉｎ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ ＬｉｍｉｔｅｄꎬＹｕｌｉｎ ７１９０００ꎬＣｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｉｓｃｏｖｅｒ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ ｒｅａｓｅｒｃｈ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ｉｎ ｄｅｅｐ ｍｉｎｅꎬｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ａｐ￣ ｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｅａｍ ｗｉｔｈ ａ ｓｈａｌｌｏｗ ｍｉｎｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ｉｎ Ｃｈｉｎａꎬｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｔａｔｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｈａｄ ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｄｅｅｐ ｍｉｎｅ.Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｈｅｌｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ｗｏｕｌｄ ｈａｖｅ ｈｉｇｈ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎ￣ ｃｙꎬｈｉｇｈ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｍｉｎｉｎｇ ｒａｔｅꎬｓｉｍｐｌｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ.Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ －ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｍｉｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｆａｃｅｄ.Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａ ｓｅ￣ ｒｉｏｕｓ ｍｉｎｅ ｓｔｒａｔａ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｅｈａｖｉｏｒꎬｈｉｇｈ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｇａｔｅｗａｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｉｓｓｕｅｓ ｆａｃｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｍｉｎｅ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬｍｉｎｅ ｓｔｒａｔａ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｅ￣ ｈａｖｉｏｒ ｌａｗꎬｔｏ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｗａｌｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｋｅｙ ｉｓ￣ ｓｕｅｓ ｎｅｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｆｏｒ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｍｉｎｉｎｇ ｉｎ ｄｅｅｐ ｍｉｎｅꎻｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔꎻｒｅｓｏｕｒｃｅ ｍｉｎｉｎｇ ｒａｔｅꎻｔｈｉｃｋ ｓｅａｍ 收稿日期２０１４－０１－０２ꎻ责任编辑杨正凯 ＤＯＩ１０.１３１９９/ ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｓｔ.２０１４.０４.００１ 基金项目国家自然科学基金青年基金资助项目５１３０４１１５ 作者简介惠本利１９６５ꎬ男ꎬ陕西富平人ꎬ高级工程师ꎬ现任中煤陕西榆林能源化工有限公司副总经理ꎮ 引用格式惠本利.深部矿井厚煤层超大采高综采技术研究展望[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１４ꎬ４２４１－４ꎬ８. ＨＵＩ Ｂｅｎ￣ｌｉ.Ｒｅａｓｅｒｃｈ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ Ｆｕｌｌｙ－Ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ Ｔｈｉｃｋ Ｓｅａｍ ｉｎ Ｄｅｅｐ Ｍｉｎｅ[Ｊ].Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４ꎬ４２４１－４ꎬ８. ０ 引 言 近年来ꎬ我国煤矿综合机械化开采技术与装备 得到显著发展ꎬ尤其是大采高综采技术及装备取得 了较大的进步[１－３]ꎬ主流采煤工艺经历了炮采、普 采、综采、综放、大采高的变革ꎮ 目前ꎬ我国厚煤层主 要采煤方法有综放开采、大采高综采、大采高综放 ３ 种[２－５]ꎮ 大采高一次采出煤体厚度大ꎬ对覆岩扰动 １ ２０１４ 年第 ４ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４２ 卷 强烈ꎬ超大采高综采支架最大支护高度达 ７􀆱 ２ ｍꎬ大 采高综放支架最大支护高度也达 ５􀆱 ２ ｍꎬ一次采放 高度可达 ２０ ｍꎮ 大采高设备投入较高ꎬ对煤层赋存 条件要求高ꎬ神东地区超大采高工作面设备总质量 ８ ０００１２ ０００ ｔꎮ 目前ꎬ国内大采高综采工作面主要 特点为工作面走向长度和倾斜长度较长ꎮ 哈拉沟煤 矿的 １２上１０１ 综采工作面倾斜长度达 ４５０ ｍꎮ 产量 高ꎬ推进速度快ꎬ工作面日推进距离为 １２１８ ｍꎬ单 工作面年产量达 １ ０００ 万１ ５００ 万 ｔꎻ硐室或巷道 断面大ꎬ工作面巷道断面面积约 ３０ ｍ２ꎬ开切眼断面 面积约 ５０ ｍ２ꎮ 此外ꎬ我国煤矿开采深度正以 ８１２ ｍ/ ａ 速度增加ꎬ近 ２００ 处矿井开采深度超过 ８００ ｍꎬ ４７ 处矿井开采深度超过 １ ０００ ｍꎮ 随着矿井开采强 度及生产规模的不断加大ꎬ我国已攻克了割煤高度 ７􀆱 ５８􀆱 ０ ｍ 的支架设计制造难题ꎬ但超大采高综采 设备的可靠性以及开采强度加大后ꎬ系统稳定性及 围岩控制等问题将是迫切需要解决的关键技术难 题ꎬ基于此ꎬ笔者对深部矿井厚煤层超大采高综采技 术可行性进行分析ꎬ以期为深部大采高综采技术提 供理论依据ꎮ １ 大采高综采技术应用情况 早在 １９８４ 年西山官地煤矿 １８２０２ 工作面曾首 次采用全套国产大采高综采设备ꎬ采用 ＢＣ５２０－２５/ ４７ 型支架配合 ＭＸＡ－３００/４􀆱 ５ 型无链牵引采煤机进 行了大采高工业性试验ꎮ 目前大采高综采技术在神 东矿区的应用逐渐成熟ꎬ２００３ 年神东矿区补连塔煤 矿单个综采工作面采高 ４􀆱 ５４􀆱 ８ ｍꎬ实现了年产原 煤 ９２４ 万 ｔꎻ２００６ 年神华集团首套采高 ６􀆱 ３ ｍ 的支 架在上湾煤矿 ５１２０２ 工作面试验并获得成功ꎬ从此 我国大采高综采工作面采高突破了 ６ ｍꎮ ２０１０ 年神 东矿区补连塔煤矿装备了当时世界上最大高度的综 采支架ꎬ支架最大支护高度达到 ７ ｍ[６－７]ꎬ之后陕西 煤业化工集团红柳林煤矿装备了最大支护高度 ７􀆱 ２ ｍ 的综采支架[８]ꎬ此后我国很多矿山机械企业也相 继研发了 ７􀆱 ５８􀆱 ０ ｍ 的支架样机ꎮ 从大采高综采工作面装备的发展来看ꎬ大采高 综采技术的发展ꎬ支架高度从最初的 ４􀆱 ５ ｍꎬ发展到 ５􀆱 ０、５􀆱 ５、６􀆱 ３、７􀆱 ０ ｍꎬ支架工作阻力从最初的３ ２００ ｋＮ 发展到 １８ ８００ ｋＮꎬ大采高综采技术实现了跨越 式的发展ꎮ 大采高综采工作面采高每提升 ０􀆱 ５ ｍ 所 经历的的时间从最初的 １４ 年ꎬ逐步缩短至 ５、４、３ 年ꎬ２００３ 年之后ꎬ我国大采高综采技术的发展呈现 加快趋势ꎮ ３０ 多年来ꎬ大采高综采技术已经在我国 取得了广泛的应用ꎬ目前ꎬ神东矿区的上湾煤矿、大 柳塔煤矿、补连塔煤矿实现了 ７􀆱 ０ ｍ 大采高综采技 术ꎬ潞安集团王庄煤矿和陕西煤业化工集团红柳林 煤矿实现了 ７􀆱 ２ ｍ 大采高综采技术ꎻ邢台矿区东庞 煤矿和焦作矿区赵固二矿实现了 ６􀆱 ５ ｍ 大采高综采 技术ꎻ神东矿区补连塔煤矿、布尔台煤矿ꎬ陕西煤业 化工集团张家峁煤矿ꎬ神华宁夏煤业集团羊场湾煤 矿ꎬ淮北矿业集团许疃煤矿实现了 ６􀆱 ３ ｍ 大采高综 采技术ꎻ晋煤集团寺河煤矿、长平煤矿、成庄煤矿、赵 庄煤矿实现了 ６􀆱 ２ ｍ 大采高综采技术ꎻ霍州煤电集 团三交河煤矿ꎬ伊泰集团二矿ꎬ枣庄矿业集团高庄煤 矿ꎬ陕西煤业化工集团下石节煤矿ꎬ黄陵矿业集团一 矿、二矿实现了 ５􀆱 ５ ｍ 大采高综采技术ꎻ同煤集团四 老沟煤矿、云冈煤矿、白洞煤矿ꎬ神东矿区万利一矿ꎬ 焦作矿区赵固一矿ꎬ神火煤电集团梁北煤矿ꎬ山西焦 煤集团沙曲煤矿、斜沟煤矿ꎬ淮南矿业集团潘一煤矿 实现了 ５􀆱 ０ ｍ 大采高综采技术ꎻ平煤集团八矿、龙口 矿业集团梁家煤矿、攀枝花煤业集团花山煤矿实现 了 ４􀆱 ５ ｍ 大采高综采技术ꎮ ２ 超大采高综采技术的优势 采高 ３􀆱 ５ ｍ 以上的综采统称为大采高综采[９]ꎬ 考虑到设备发展瓶颈及制约因素ꎬ一般将支护高度 不小于 ７􀆱 ０ ｍ 的综采称为超大采高综采ꎮ 神东集团 所属矿井最早采用超大采高综采技术ꎬ应用较为成 熟ꎬ生产过程中积累了丰富的经验ꎬ超大采高综采主 要特点如下ꎮ １生产效率高ꎮ 诸多矿井的生产实践表明ꎬ在 条件适宜的矿井采用超大采高综采工艺ꎬ不仅在生 产工艺上较综放开采简化ꎬ而且生产效率得到大幅 提升ꎬ２００２２０１３ 年大采高综采工作面年产量分布 如图 １ 所示ꎮ 而超大采高综采生产效率更高ꎬ国内 首个超大采高综采工作面补连塔煤矿 ２２３０３ 工作面 原煤单月最高产量 １１８ 万 ｔꎬ日推进度达 ２１ 刀ꎬ日最 高产煤量达 ５􀆱 ２８ 万 ｔꎬ具备了 １ ５００ 万 ｔ/ ａ 的生产 能力ꎮ ２资源采出率高ꎮ 综放开采常受制于过渡支 架不放煤和顶煤冒放性差的影响ꎬ工作面总体采出 率为 ７５％８５％ꎬ而大采高综采工作面总体采出率 一般能达到 ９０％以上ꎮ 在超大采高工作面ꎬ受制于 巷道高度低于工作面割煤高度ꎬ在端头位置会出现 一个高差ꎬ传统的工艺一般采取留三角形顶煤的方 ２ 惠本利深部矿井厚煤层超大采高综采技术研究展望２０１４ 年第 ４ 期 图 １ ２００２２０１３ 年大采高综采工作面年产量分布 式处理ꎬ但在采用超大采高工作面回采时ꎬ按 ３００ ｍ 工作面长度考虑ꎬ这种顶煤的损失会达到 ２􀆱 ５％割 煤高度 ７ ｍ 时ꎮ 神东矿区在超大采高回采时ꎬ创 新性地采用了垂直过渡式ꎬ如图 ２ 所示ꎬ该方法的采 用ꎬ完成了对三角煤的回采ꎬ提高了工作面的资源采 出率[７]ꎮ 补连塔煤矿 ２２３０３ 工作面使用垂直过渡式 后顶煤回采提高 １８􀆱 ２ 万 ｔꎬ每刀生产煤量增加 ２３５ ｔꎬ全工作面增产 １２０ 万 ｔꎮ 图 ２ 垂直过渡式与三角过渡式对比 ３工艺流程简单ꎮ 相对综放工作面而言ꎬ综采 工作面仅有 １ 部刮板输送机ꎬ在工艺流程上没有放 煤和拉后部刮板输送机操作过程ꎬ工艺流程简单ꎬ便 于实现电液控制ꎮ 超大采高工作面平均割煤速度为 ８ ｍ/ ｍｉｎꎬ支架工移架速度为 ６１５ ｓ/ 架ꎬ２ 人跟机拉 架ꎬ速率提高近 １ 倍ꎮ 但超大采高综采普遍存在装 备尺寸大、质量大ꎬ巷道断面尺寸ꎬ对围岩的稳定性 及支护也要求较高ꎮ 超大采高综采支架质量达到 ７０ ｔꎬ需要目前最大的 ８０ ｔ 级的支架搬运车才能满 足支架的整体运输要求ꎮ 此外ꎬ超大采高综采对工 作面倾角和起伏角度要求很高ꎬ一般要求工作面倾 角在 １０以内ꎬ否则极易出现支架倾倒ꎮ 工作面底 板强度还要满足支架底板比压的要求ꎬ且尽量控制 工作面水量ꎬ防止底板泥化而使支架陷落ꎮ ３ 深部超大采高综采技术可行性分析 我国井工开采深度大于 ５００ ｍ 的矿井占 ４０％ꎬ 已经有 ４０ 多处矿井采深达到 １ ０００ ｍ 及以上ꎮ 进 入深部回采的矿井在煤层厚度超过 ５ ｍ 以后ꎬ受制 于矿压显现因素的影响ꎬ多采用综放开采ꎬ但也有部 分矿井逐步采用大采高综采技术ꎬ如山东唐口煤矿 回采埋深 ９１５１ ０３０ ｍ、厚度 ４􀆱 ６２５􀆱 ４０ ｍ 的煤层 时ꎬ采用 ＺＹ１００００/２６/５５ 型综采支架配 ＭＧ７５０/ １８００－ＷＤ 采煤机实现了大采高回采ꎬ单工作面月产 量超过 ３０ 万 ｔ[１０]ꎮ 目前超大采高综采在神东矿区和陕西煤业化工 集团红柳林煤矿的实际回采工作面埋深均在 ３２０ ｍ 以内ꎬ在潞安集团王庄煤矿埋深为 ４００６００ ｍꎬ只有 焦作矿区赵固二矿埋深超过 ６００ ｍꎬ属于典型的深 部超大采高综采工作面ꎬ受到煤体抗压强度低等因 素的影响ꎬ在割煤高度大于 ５􀆱 ５ ｍ 时ꎬ须进行超前预 注浆加固ꎬ深部超大采高综采主要存在的难点有以 下 ３ 点ꎮ １深部矿压显现强烈ꎮ 深部开采最典型的特 征就是围岩压力大ꎬ煤壁易片帮ꎬ大采高综采工作面 采高与埋深和矿压参数的关系如图 ３ 所示ꎮ 文献 [１１]指出支架工作阻力与顶板挠曲下沉开始进入 相对平衡的支架工作阻力ꎬ称其为临界阻力ꎮ 根据 临界阻力测算ꎬ即使埋深达到 ６００ ７００ ｍꎬ采高达 ７􀆱 ０ ｍꎬ支架工作阻力为 １８ ８００ ｋＮ 时能够满足深部 超大采高综采的要求ꎮ 唐口煤矿的深部大采高回采 实践表明ꎬ支架围岩压力处在可控范围内ꎬ另外可通 过采取相应的工艺手段ꎬ如注化学浆加固、提前预注 浆等减少煤壁片帮的影响ꎮ 图 ３ 大采高综采工作面采高与埋深和矿压参数的关系 ２工作面巷道变形量较大ꎮ 深部开采矿井的 回采巷道易出现大变形ꎬ根据神东矿区的经验ꎬ７ ｍ 超大采高综采工作面巷道宽度需达 ５􀆱 ４６􀆱 ０ ｍ、高 度达 ３􀆱 ８ ｍ 以上ꎬ才能够满足工作面端头设备的安 装要求ꎮ 神东矿区补连塔煤矿 ２２３０４ 超大采高综采 面曾遇到底板变形严重的情况ꎬ巷道变低变窄ꎬ端头 及超前支架难以通过ꎮ 深部开采条件下ꎬ需要加强 日常的监测ꎬ给巷道预留足够的变形空间ꎬ以保证正 常的回采ꎮ 唐口煤矿和赵固二矿的回采实践表明ꎬ 可通过采取合理的支护方式ꎬ将巷道围岩变形控制 在适当的范围内ꎬ能够保证大采高和超大采高综采 工作面的顺利回采ꎮ ３对设备可靠性要求较高ꎮ 深部矿井多采用 ３ ２０１４ 年第 ４ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４２ 卷 立井提升ꎬ按照目前最大的 ＺＹ１８８００/３３/７２ 型综采 支架的外形尺寸 ７ ８１５ ｍｍ４ ５３６ ｍｍꎬ罐笼尺寸需 达到 ３􀆱 ８ ｍ８􀆱 ５ ｍꎬ才能满足要求ꎮ 井下辅助运输 多采用无轨胶轮车ꎬＷＣ８０ＥＪ 型支架搬运车运输质 量为 ８０ ｔ[１２]ꎬ能够满足支架搬运要求ꎮ 在工作面三 机配套方面ꎬ液压支架最大高度达到 ７􀆱 ２ ｍꎬ工作阻 力达 １８ ８００ ｋＮꎬ支架寿命 ５０ ０００ 次以上ꎬ一般能够 满足支护需要ꎮ 国产最大功率的 ＭＧ１１５０/３０００－ ＷＤ 型采煤机ꎬ在可靠性方面与世界先进水平仍有 一定差距ꎬ国内 ７􀆱 ０ ｍ 超大采高综采工作面所用的 采煤机主要是 ＪＯＹ７ＬＳ７、ＪＯＹ７ＬＳ８ 和 ＳＬ１０００ 系列ꎮ 在长推进距离的情况下ꎬ刮板输送机的中部槽中板 寿命 直 接 决 定 了 整 套 设 备 的 使 用 时 间ꎮ 国 产 ＳＧＺ１４００/３１５００ 型刮板输送机中部槽中板经现场 试验测定ꎬ过煤量可达２ ０００万 ｔ 以上ꎬ完全满足远 距离推进要求ꎮ 神东矿区的开采实践表明ꎬ超大采 高综采工作面开采强度大、推进距离长、设备的维修 与维护将呈现常态化的特点ꎬ异于普通综采工作面 整体意义上的大修周期ꎮ 由于工作面三机配套ꎬ尤 其是采煤机的维修与部件更换更为频繁ꎬ设备损坏 后能否及时更换或维修成为衡量超大采高可行性的 重要指标ꎮ 分析表明ꎬ深部超大采高综采可能遇到的矿压 显现强烈、巷道大变形及设备可靠性等难题ꎬ这些难 题是煤矿所有高强度开采工作面所面临问题的综合 反映ꎬ事实上在浅埋煤层过程中也存在该类问题ꎮ 赵固二矿的开采实践表明ꎬ只要设备选型合理、管理 有力、保障到位ꎬ在深部推广应用超大采高综采技术 是完全可行的ꎮ ４ 深部超大采高综采主要技术手段 １深入研究矿压显现规律ꎮ 超大采高综采工 作面围岩移动及破坏规律研究相对较少ꎬ尤其是深 部超大采高综采工作面的矿压显现问题ꎮ 一般认 为ꎬ深部开采条件下ꎬ矿压显现会增强ꎬ且巷道的变 形量会显著增大ꎬ深部开采条件下ꎬ随着采高的增 大ꎬ矿压显现逐步增强ꎮ 合理预测深部超大采高综 采工作面的矿压显现程度成为必须要解决的关键问 题之一ꎬ目前主要依靠理论计算、数值模拟、经验类 比等方法ꎬ可移植性差ꎬ因此深井超大采高综采工作 面矿压显现规律、覆岩结构模型及支架支护强度确 定依据等相关技术还有待于进一步深入研究ꎮ ２采取煤壁稳定性控制技术措施ꎮ 超大采高 工作面开采过程中ꎬ采煤机通过工作面时通常发生 煤壁片帮ꎬ片帮煤量过多、过大时甚至会砸断采煤机 摇臂ꎬ给工作面生产带来一系列危害ꎮ 造成煤壁片 帮的原因主要有煤层赋存条件、开采设计因素、开采 工艺因素、矿压影响、工人操作等方面ꎮ 实践证明ꎬ 片帮具有时效性ꎬ工作面推进速度快ꎬ煤壁片帮相对 易控制ꎬ反之则煤壁片帮严重[１３]ꎮ 此外ꎬ超大采高 综采煤壁片帮的控制和治理也是急需解决的关键技 术问题ꎮ ３提高设备可靠性ꎮ 设备可靠性与工作面三 机设备的故障情况紧密相关ꎬ神东矿区超大采高综 采工作面采煤机的加权开机率已经达到 ０􀆱 ８６ꎬ说明 目前的综采设备的可靠性已经达到较高的水 平[１４－１５]ꎮ 实测神东矿区某矿超大采高综采工作面 １ 个月内综采机组故障可知ꎬ设备可靠性影响因素主 要有①设备重型化影响操作的流畅性ꎻ②重载及恶 劣工况导致高故障率ꎻ③矿压显现强烈影响支护系 统可靠性ꎻ④片帮导致围岩控制难度大ꎬ采煤机无法 提高割煤速度等问题ꎮ 由于超大采高开采强度大ꎬ 设备在恶劣工况下长时间重载运行ꎬ日常的维修与 部件更换将是常态化ꎮ ４其他制约因素ꎮ 其他制约因素主要包括底 板问题、地质构造影响以及生产组织等ꎮ 如补连塔 煤矿 ２２３０３ 超大采高综采工作面在回采初期底板为 泥岩ꎬ遇水泥化现象严重ꎬ导致支架倾斜或钻底ꎬ严 重时推拉杆出现扭曲断裂ꎮ 对底板遇水泥化现象的 处理措施①及时排水ꎻ②拉架时及时抬底ꎬ避免破 坏底板ꎻ③割煤时尽量不破坏底板ꎮ 对于深部开采 的矿井ꎬ涌水量会较大ꎬ对工作面水的合理疏排对深 部超大采高综采的成功实施尤为重要ꎮ 地质构造会 对超大采高综采带来许多制约ꎬ影响生产ꎮ 超大采 高综采设备呈现重型化、智能化等特点ꎬ要加强对工 人队伍的培训ꎬ避免出现影响安全生产的问题ꎮ ５ 结 语 超大采高综采具有资源采出率高、工艺流程简 单等优点ꎬ随着我国煤矿开采向深部发展ꎬ深部超大 采高综采是我国煤炭工业发展的必然趋势ꎮ ７ ｍ 左 右超大采高综采技术在神东等矿区经过 ５６ 个工 作面的开采ꎬ技术已经日臻成熟ꎬ其经验对其他矿区 超大采高综采技术仍具有借鉴意义ꎮ 深部超大采高 综采的应用对相应的理论和装备提出了较高的要 下转第 ８ 页 ４