端幫開采對于煤炭開采的積極意義

文/黃劉濤

端幫開采對于煤炭開采的積極意義

文/黃劉濤

端幫開采作為目前世界上先進、安全的煤礦開采技術之一，將露天開采與井工開采技術結合起來，形成一套獨特的開采方式。端幫開采技術最早起源于上個世紀80年代，是在螺旋鉆開采技術的基礎上發展演變而來，在延長露天礦開采年限方面以及礦山由露天向井工開采的過渡期間，都顯示出了其獨特的不可替代的作用與價值，已經成為解決露頭煤層、邊坡壓覆煤層以及露天礦端幫壓覆煤層開采最為經濟有效的方法。

一、端幫開采技術概況

端幫采煤，就是在露天煤礦開采過程中，充分利用其采場的空間敞露條件，用井工開采方法回收露天礦境界以外的殘煤，它作為對露天、井工開采技術的主要補充,已越來越多地被用戶接受并采用。見圖1，端幫開采工藝示意圖。

圖1端幫開采工藝示意圖

我國煤層賦存條件較為復雜,煤炭資源分布地域遼闊，存在著儲量巨大的薄煤層及傾斜煤層資源。但是，受目前開采技術條件的限制，傳統的井工和露天開采方式都不能有效地回收這些資源，這些煤層不得不被放棄，造成了巨大的資源浪費。特別是在我國內蒙古、山西、陜西以及寧夏地區，大量的露頭煤層及邊坡煤層因早期無計劃式開采，并未做掩埋處理，存在嚴重的火情，自燃現象十分嚴重，不僅浪費資源，并且對周邊環境造成污染。端幫開采工藝則是將這些原先被丟棄或較難開采的煤炭資源進行更有效的回收，并能最大程度地減少對環境的影響。見圖2，端幫開采工藝的典型開采方式。

圖2端邦開采工藝的典型開采方式

二、端幫開采設備

由于技術的限制以及開采手段不完善，端邦開采工藝在我國一直處于空白，大量的薄煤層資源被丟棄。作為全球工程機械的領先企業，美國卡特彼勒始終將向全球的礦山行業客戶提供專業高品質的產品和最全面的服務方案作為自己的目標。卡特彼勒公司旗下CatHW300露井聯合端幫開采系統（見圖3，卡特彼勒CatHW300端幫開采設備），作為該領域的佼佼者，截至目前已有85臺（套）露井聯合端邦開采系統在全世界40多個地區運行。作為全球市場占有率最高的端幫開采設備生產商，卡特彼勒公司于1994年就致力于端幫開采設備的設計與研發工作，經過二十多年的不斷研發、改進，其巷道掘進深度已由最初的30m提高到300m以上，單巷道開采高度從0.8m直到4.5m，每班僅需3～4人就可以完成全部的開采作業，且整套系統的控制、運行以及維護都在礦山外部的地面進行，無需操作人員進入巷道工作，已成為現代礦山開采不可或缺的一部分。

圖3卡特彼勒CatHW300端幫開采設備

三、美國礦山運行實例

1.NorthStarOne煤礦

Metlnvest公司的NorthStarOne煤礦，位于西維吉尼亞州貝克立市西南30公里的Kanawaha鎮。

NorthStarOne煤礦為高價值薄煤層，其覆蓋層厚度為20m～40m，煤層厚度范圍從0.71m到1.27m，應用2臺CatHW300露井聯合端幫開采系統于2008年開始進行露頭煤端幫開采。56號設備于2008年4月開始運行，66號設備于2011年2月開始運行。設備動力由當地電網供電。

針對此煤層厚度，NorthStarOne煤礦采用薄煤層截割頭，掘進斷面寬度2.9m，支撐煤柱的平均寬度為0.9m，其整體回采率達到72%。采用兩班制進行運行，每個班12小時，每周生產5天（周六、周日不生產），單臺設備的月產煤量為50～60kt。8小時內，卡特彼勒CatHW300端幫開采設備就可完成一條高1.2m（隨煤層厚度起伏變化），寬2.9m，深度達到300m的巷道開采。巷道開采完畢后，推進臂帶動截割頭快速撤出巷道，對周邊環境影響極小，實現了無塌陷開采。

2.Tacoa煤礦

Tacoa煤礦位于美國阿拉巴馬州西南20公里的TacoaMinerals礦區。煤層條件為高價值焦煤。傾角向下從11°到22°，為傾斜煤層。

地層結構為松散層，厚度為10m，基巖厚度為6m，煤層厚度為1.05m，煤層無夾層。

采用一臺CatHW300露井聯合端幫開采系統進行開采，此套設備采用薄煤層電動截割頭，煤層開采巷道的寬度為2.9m，開采巷道的深度根據覆蓋層以及煤層條件從175m到225m不等，每天8小時工作制。支撐煤柱的寬度根據計算機模擬以及端幫支護計算，預留為2m。開采過程中，由于采用了預留永久煤柱的方式，實現了不塌陷開采。

四、瓦斯控制

瓦斯治理是煤礦安全高效開采的前提和基礎。一般來說，如果空氣中瓦斯濃度達到5%～15%時，有明火的情況下就能發生爆炸。為此，卡特彼勒CatHW300露井聯合端幫開采系統在設備截割裝置的電氣裝備方面采取防爆結構，在截割頭前部充入惰性氣體，例如CO2或N2，使截割頭在進行工作的過程中被惰性氣體充分包裹，將電氣引爆的幾率降低到最小程度。同時，為應對高瓦斯煤層的開采，該系統還加裝了充氣泵模塊，并獲得了美國國家安全部門MSHA以及中國“煤安”的認證與批準。

考慮到如截割滾筒在截割到夾矸或頂底板巖層時，所產生的火花亦可能引燃瓦斯，尤其是那些瓦斯量較大的煤層，卡特彼勒公司在CatHW300露井聯合端幫采煤系統中還增加了瓦斯探測系統。當截割滾筒周圍瓦斯濃度超過一定標準，系統將切斷動力電源，截割頭自動停機,并報告地面控制室人員。

五、結論

端幫開采作為對現有露天開采與井工開采的有力補充，對國內原有技術不能開采的薄煤層以及傾斜煤層資源進行回采，進一步增加了煤炭產量，提高了煤礦的整體回采率，對現有煤炭開采技術有著重大的現實意義，其綠色高效的開采方式，無論從產業政策還是安全開采方面，都具有顯著優勢，是對煤礦開采應用上的新發展。

（作者單位：卡特彼勒全球礦業）

（責任編輯：周瓊）