煤矿大倾角综放工作面采煤工艺优化研究

摘要：随着科学技术的持续进步，煤炭资源开采行业逐渐进步与发展。为提升生产安全与工作效率，相关工艺应用的重要性日益凸显，受到社会各界广泛关注。基于此，简单分析采煤工艺优化原则，并深入探究基于煤矿大倾角综放工作面的采煤工艺优化应用策略，具体涉及优化支架与围岩稳定性、优化采煤工艺分区、优化工作面长度与倾角等内容，以供业内人士参考。

关键词：大倾角；综放工作面；采煤工艺

引言：近年来，随着采煤业的不断发展，条件优质的厚煤层资源已经越来越少，大倾角煤层的开发逐渐成为煤炭开采的主流。但由于大倾角煤层的特殊性，在开采过程中其底板容易产生破坏，工作面矿压显现也更为剧烈，容易造成支架翻倒等安全事故。由此可见，进行相关研究具有较强的现实意义。

1.采煤工艺优化原则概述

采煤工艺优化是煤炭开采行业持续关注的重点领域，旨在提高生产效率、降低成本、保障安全和减少环境污染。采煤工艺优化的原则涵盖技术选择、作业方式、安全管理及环境保护等多个层面。具体为：一是技术先进性原则。优先选用智能化、自动化程度高的机械设备和技术，如综采机械化、无人化工作面，以提升开采速度和精度。同时，运用GIS、三维建模等先进技术手段精确掌握地下矿藏分布，辅助决策，减少盲目开采。二是经济合理性原则。在技术和装备的选择上，综合考虑初期投入与长远经济效益，力求在保证安全的前提下获得最大产出。在资源综合利用中，推行绿色开采，提高煤炭回收率，同时开发利用伴生资源，如煤层气、矸石等，实现经济效益和社会效益双丰收。三是安全第一原则。需严格遵守安全生产规范，确保所有作业环节符合国家和行业的安全标准，配备完善的安全防护设施和应急救援体系。对于人员培训与管理，相关部门应定期对煤矿工人进行安全知识和技能的培训，提升其安全意识和自救互救能力。四是环境友好原则。应采用低尘、低排放的生产工艺，减少对空气、水和土壤的污染，同时做好废水、废气和固体废弃物的治理。在此基础上，还需开发生态修复技术，对废弃矿区进行植被重建，恢复生态环境，减少土地退化[1]。

2.基于煤矿大倾角综放工作面的采煤工艺优化应用策略

2.1优化支架与围岩稳定性

优化支架与围岩稳定性不仅可以提升开采效率和安全性，还能直接影响着运营成本和资源利用率。首先，工作人员需深入考察工作面的具体条件，包括煤层特性（硬度、厚度）、顶底板岩性、地应力状态等，作为选型的基础。例如，某煤矿某工作面煤层倾角为29°～46°，平均厚度为9.16m，结构单一，发展稳定，较为适合采用综合机械化放顶煤开采技术，通过对该工作面的覆岩移动规律及围岩应力分布进行分析，建立的工作面模型如图1所示。同时，需明确支架所需具备的功能，如支撑能力、防滑抗倒、自动跟机等，以满足不同开采阶段的需求。然后，根据巷道尺寸和煤层特点选择合适的支架类型，如掩护式、支撑掩护式或端头架等，例如，某项目在前期开采阶段，在使用采煤机进行割煤操作时，煤层呈块状剥落。工作面在开采过程中将会穿过F8正断层，在穿越断层过程中，回采极易受到严重影响。为此，企业决定暂停对该工作面煤层的开采，对采煤参数及工艺先行优化，如图2所示。在性能参数中，则需重点考察初撑力、工作阻力、伸缩梁长度、底座宽度、行走机构等关键参数是否满足现场作业要求。

2.2优化采煤工艺分区

在大型开采项目中，工作面分区设计对于提高生产效率、保障安全、降低运营成本具有重要意义。首先，应通过地球物理勘探、地质钻探等手段，全面掌握工作面所在区域的地层结构、煤层赋存状况、断层分布等基础地质资料。同时，运用数值模拟软件，预测各部位的应力分布和变形趋势，识别高应力区和潜在危险地带。然后，进行分区规划。根据煤层走向、厚度变化、顶底板岩性和断层分布等因素，将工作面划分为多个逻辑单元，每个单元相对独立，便于分别管理。在此基础上，还需明确各分区的开采目的，如主采区、缓采区、预留区等，根据其定位安排不同的开采策略和支护方案。例如，主采区通常是指地质条件较好、煤层赋存稳定、开采技术成熟的区域，可以作为主要的煤炭产出来源。在开采中，应充分利用成熟的技术和设备，实施连续开采模式，以求获得最大化的产量和经济效益。并引入智能控制系统、无人操作设备，提升开采效率，减少人力成本，同时提高安全水平。同时，建立完善的生产管理体系，对煤层厚度、顶底板压力等关键指标进行实时监控，确保开采活动的精准执行。在支护方案设计中，需使用强度高、耐久性强的支护材料，如钢带、高强度锚杆、金属网等，以应对较高的顶板压力；配备自动跟随采煤机的自移式液压支架，确保顶板的有效支护，同时减少人工干预。在顶板管理中，实施顶板预裂爆破，控制顶板垮落，减少突然垮落对人员和设备造成的威胁。缓采区指的是地质条件较为复杂、煤层不稳定或是受特殊因素制约的区域，开采风险较高，需谨慎处理。采用小范围试探性开采，逐步扩大工作面积，以便更好地理解和适应复杂的地质环境。在此过程中，加强对地质结构的探测，定期进行风险评估，及时调整开采计划，防止突发事件发生。关于支护方案，应鉴于地质条件的不确定性，采用具有一定柔性的支护体系，如纤维复合材料、柔性锚杆等，以适应顶底板的不规则运动。并对断裂带、破碎带等特殊区域实施额外的加固措施，如注浆加固、安装特殊支护结构，提高局部稳定性。在推进顺序中，需制定合理的推进路线和顺序，通常从上盘开始逐步向下盘扩展，或者按照从厚煤层到薄煤层的方向推进，以利于顶板管理。再根据各分区的特点和生产能力，调整推进速率，避免局部积压或产能不足的情况出现，维持整个工作面的平衡运作。

2.3优化工作面长度与倾角

优化工作面长度与倾角是确保高效、安全开采的关键要素之一。在工作面长度优化中，增加工作面长度可在一定程度上提高日均产量。但过长的工作面会增加通风、运输等方面的成本；而过短则会导致设备频繁搬迁，增加非生产时间。同时，还需考虑煤层厚度、顶底板稳定性、断层发育情况等。并确保所选设备能够在预定长度下正常运转，避免效能下降。在实际优化中，工作人员需根据具体地质条件和设备性能，然后结合实际生产情况，可通过实验或模拟的方式，确定最适宜的工作面长度。一般情况下，大倾角工作面长度可设定100m～200m之间。例如，某工作面长度为2094～2140m，倾斜长度平均值为183.5m，根据以往的实践经验，其长度应设定为120～150m。[2]

另一方面，需要调整倾角的原因是随着倾角增大，工作面的滑动和设备稳定性问题会愈发突出。例如，较大的倾角容易导致煤块、粉尘等物料向下滑落，影响开采效率。因此应将工作面设计为伪仰斜，角度一般为10～20°，调整范围为5°，如图3所示。此外，高倾角下，人员行动不便，且增加了设备固定和操作的难度。因此，应选择适用于大倾角条件的支护方式，如加装挡板、使用摩擦系数更大的材料。同时，选用专为大倾角设计的设备，如带有防滑装置的采煤机、输送机等。

结束语：展望未来，随着材料科学的进步、计算机模拟技术的提升和大数据分析技术的应用，煤矿大倾角综放工作面的采煤工艺优化措施更加高效、切合实际。特别是在智能化、自动化技术的加持下，未来的工艺优化将更加依赖于精细化管理和智能化决策，由此开展的相关理论研究和实践探索必须得到大力支持。

参考文献：

[1]关书方，杨健男，姜志刚，等.大倾角综放工作面顶煤损失分布特征及放煤步距优化[J].煤炭工程，2024，56（09）：72-77.

[2]郭旭亮，翟海涛，候朝峰.大倾角综放工作面综采支架倒架原因及控制[J].能源与能，2024，（09）：223-226.