綜放工作面過超大陷落柱分裝分運系統的應用

史曉東

(燕龕煤炭有限責任公司，山西　陽泉　045000 )

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綜放工作面過超大陷落柱分裝分運系統的應用

史曉東

(燕龕煤炭有限責任公司，山西陽泉045000 )

摘要針對程莊礦15104綜放工作面過超大陷落柱時遇到的煤矸混合造成煤質下降的問題，確定了強行通過該陷落柱方案，并提出了煤矸分裝分運系統。實踐表明：與重新布巷規避陷落柱相比，煤矸分裝分運系統節省了因掘巷和工作面搬家倒面增加的近200萬元的資金投入，直接經濟效益達700萬元，取得了良好的安全經濟效益；煤矸分裝分運系統的應用能夠將矸石剝離和煤矸運輸之間高效有序的銜接起來，對類似條件下的礦井生產具有一定的借鑒意義。

關鍵詞厚煤層；綜放工作面；陷落柱；分裝分運系統

陷落柱是煤礦生產過程中時常揭露和遇見的一種地質構造，這一特殊的地質構造體破壞了煤層的連續性，降低了煤炭的采出率，是誘發水災、瓦斯等煤礦災害的重要致因，嚴重制約了煤礦的安全高效生產。近年來，國內研究重點大多集中在陷落柱的形成機理和探測圈定等方面[1-5]。在工作面推進的過程中，對于已探明的陷落柱，大多采用規避的方式將其繞開，這樣將面臨較長的輔巷掘進量以及工作面的多次搬家倒面，提高了煤礦企業的投入資金和安全風險。對于超大型陷落柱，強行通過會使得大量的矸石混入落煤中，降低煤炭的質量，進而影響企業經濟效益。因此，結合燕煤公司程莊礦15104工作面實際，提出了煤矸分裝分運系統，該系統能夠在落煤的同時實現矸石和煤炭的分裝分運，解決了矸石混入落煤中造成的煤質下降問題，避免了工作面搬家倒面給礦井正常生產帶來的影響，同時也可以縮減輔巷的掘進量。

1工程地質概況

程莊煤礦是陽泉市燕龕煤炭有限責任公司直屬主要生產礦井，位于山西省陽泉市郊區河底鎮程莊村西，距離市區25 km，交通極為便利。該井田面積8.947 6 km2，保有儲量11 467.8萬t，可采儲量5 999.7萬t，核定生產能力為240萬t/a，主采9#和15#煤層，其中15#煤層位于785水平，埋藏深度350～500 m，煤層平均厚度7.5 m，采用傾斜長壁式綜采放頂煤采煤方法。程莊煤礦15#煤層擔負著全礦井約70%的生產任務，目前開采15104工作面，煤層平均厚度為7.8 m，工作面斜長181 m，走向長度約1 170 m，可采儲量約256萬t，月產量約20萬t，因此，該工作面產量的高低、煤質的好壞直接關系到礦井的經濟效益。無線電波坑道透視儀探測結果顯示，在15104工作面內有大小不等的陷落柱6個，其中有2個長軸約86 m、短軸65 m的超大型陷落柱，每個陷落柱將產生約3.8萬t的矸石，若不采取適當措施，當矸石和煤共采時，將會有大量矸石混入落煤當中，嚴重損害煤質。

2過陷落柱方案

針對程莊礦15104推進過程中遇到的超大型陷落柱，根據現場實際情況提出了2個實施方案：方案一是沿陷落柱邊緣重新布巷，繞過陷落柱進行開采；方案二強行通過該陷落柱，并依據采準巷道布置情況，修建煤、矸分裝分運系統。

與方案二相比，方案一存在的問題有：重新布巷投資大，工期長；掘巷期間，掘進工作面與回采工作面是串聯通風容易造成瓦斯超限；工作面推進時，后段工作面需超前18 m開始鋪網，造成大量的煤炭資源損失，回采率低；由于低位尾巷存在，在其上方掘巷時面臨著尾巷塌漏的風險。

根據以上分析，方案一重新布巷投資大，工期長，不安全因素多，確定選用方案二強行通過該陷落柱，建立煤、矸分裝分運系統。

3煤矸分裝分運系統

3.1煤矸分裝分運系統組成

煤矸分裝分運系統由分離簸箕、儲矸倉、刮板輸送機和帶式輸送機組成。根據15104工作面采準巷道布置情況，在其運輸巷機頭處修建1個高落式儲矸倉，該矸倉長5 m，寬5 m，深5 m，有效容積為125 m3，矸倉兩幫采用錨網支護，底部四周采用料石砌碹進行加固，砌墻高1.2 m，厚0.6 m. 在15104工作面膠帶輸送機機頭上方吊掛1個可分離的簸箕，當工作面內運出的是矸石時，放下簸箕與膠帶輸送機機頭相接，矸石通過分離簸箕直接落入矸倉內，矸倉底部鋪設一部40型刮板輸送機，緊接40型刮板輸送機機頭鋪設一部長180 m吊掛皮帶，之后再鋪設一部長15 m的40型刮板輸送機，將從工作面剝離出來的矸石經礦車運至軌道大巷，運矸結束后，在料石墻上放置直徑200 mm的圓木，防止意外落矸損壞刮板輸送機。當工作面運出的是煤炭時，將分離簸箕與膠帶輸送機機頭分離，使工作面生產的煤炭直接進入主運輸系統，運至地面。

出矸路線：工作面爆落矸石經15104工作面前部刮板輸送機→轉載機→皮帶→簸箕→儲矸石→40型刮板輸送機→800吊掛式皮帶(15#上層軌道巷)→40型刮板輸送機→礦車→15#軌道大巷→材料斜井→地面。

出煤路線：工作面煤炭經前后刮板輸送機→轉載機→皮帶→15#皮帶大巷皮帶→3#煤倉。相關布置及路線見圖1.

3.2分裝分運系統安全技術措施

工作面放炮出矸時，在確保矸倉下方無人作業的前提下，打開矸倉上口的遮蓋物，放下煤矸分離簸箕，進行出矸作業；在一個循環中出矸作業完成以后，恢復矸倉上口的遮蓋物，收起分離簸箕，通知運搬隊及時清理矸倉中的落矸，在鋪設矸倉上口的遮蓋物時，為防止意外事故的發生，應關閉工作面皮帶輸送機開關；摘掛分離簸箕時，閉鎖15104工作面皮帶輸送機開關，停止15#皮帶大巷中帶式輸送機的運行；煤矸分離簸箕內嚴禁站人(蹬、爬簸箕)。

a) 分裝分運系統頂視圖

b) 分裝分運系統剖面圖

4經濟效果分析

1) 采用分裝分運系統，保證了原煤品質，增加了銷售收入。15104工作面通過該陷落柱時每循環破落煤矸904 t，其中煤炭約580 t，矸石約324 t，矸石占破落煤矸總量的35.8%.如果不分裝分運，直接混合進入煤倉，發熱量將由23.012 MJ/kg，降到12.552 MJ/kg，按照目前市場價格0.024 元/kJ，原煤價格由550元/t降至300元/t.則通過該陷落柱煤矸混合物產量達10.5萬t，銷售收入約3 150萬元，并且可能出現因煤炭品質差帶來滯銷問題；采用煤矸分裝分運系統，工作面推過陷落柱后產生原煤約7萬t，在保證煤炭品質的前提下，銷售收入約3 850萬元，較前者將增收700萬元。

2) 采用強行通過陷落柱分裝分運系統與重新掘巷、拆裝和搬運工作面液壓支架相比，可以大幅降低企業的資金和風險投入。重新掘巷總工程量約為280 m，巷道造價按照6 000元/m計算，掘巷投資達168萬元，加上工作面液壓支架等設備的拆除、搬運和安裝共需投入近200萬元。此外，在掘巷過程中會帶來一系列的安全問題，如通風系統的不穩定，出煤時運輸工序冗雜，輔巷的掘進對工作面的正常推進速度的影響，特別是工作面推進至陷落柱邊緣時，出現的過空巷以及超前支承壓力顯現等不安全因素。采用分裝系統，只需建立1個儲矸倉和安裝少許輔助運矸設備，總投資約50萬元，與重新布巷相比可縮減成本投入約150萬元。采用煤矸分裝分運系統既不影響工作面的正常推進，也不會出現因修建儲矸倉帶來的一系列不安全問題，具有良好的安全和經濟效益。

3) 采用分裝分運系統，既保證了煤炭品質，又不影響工作面的正常推進。通過控制煤矸分離簸箕的升降可以實現在一個循環中矸石和煤炭的分裝分運。當一個循環的落矸全部運送至儲矸倉后，可啟動工作面的正常運輸和生產模式，兩套工序可以高效有序的銜接起來。

5結論

1) 煤矸分裝分運系統主要由矸倉、煤矸分離簸箕、刮板輸送機和帶式輸送機組成，在保證煤炭品質的同時保障了工作面安全高效生產的有序進行。

2) 強行通過陷落柱方案與重新布巷規避陷落柱相比，節省了掘巷和工作面搬家倒面的資金投入近200萬元，直接經濟效益近700萬元，避免了一系列不安全問題，取得了較好的安全經濟效益。

3) 煤矸分裝分運系統將矸石剝離和煤矸運輸之間高效有序的銜接起來，對類似條件下的礦井生產具有一定的借鑒意義。

參考文獻

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[5]李巧靈，胡海娟，張輝，等.利用地震多屬性技術圈定巖溶陷落帶[J].煤炭工程，2013(10)：92-95.

Application on Separation System through Large Collapse

Column in Comprehensive Caving Working Face

SHI Xiaodong

AbstractAccording to the issue of the poor quality of coal mixing with gangues through the large collapse column of 15104 comprehensive caving working face in Chengzhuang coal mine,determines scheme force through the collapse column, designs the separation system of coal and gangue. Practice shows that this separation system saves approximately 2 million yuan, which is compared with redesign the working face system to avoid collapse column. This system was applied to separate gangues from coal and transport them effectively which provides for similar conditions of the mine production has a certain reference significance.

Key wordsThick coal seam; Comprehensive caving working face; Collapse column; Separation system

中圖分類號：TD823.4+9

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)04-0054-03