綜采工藝在急傾斜煤層推廣的可行性

蔣小銘+馬鋒

摘 要：本文分析了國(guó)內(nèi)煤礦的安全形勢(shì)，舉例說(shuō)明了在急傾斜煤層如何推廣綜合機(jī)械化采煤工藝，文中對(duì)急傾斜煤層特征、三機(jī)選型、勞動(dòng)組織、經(jīng)濟(jì)是否合理進(jìn)行了簡(jiǎn)述，強(qiáng)調(diào)了在急傾斜煤層礦井中推廣綜合機(jī)械化采煤工藝的可行性和必要性。

關(guān)鍵詞：急傾斜；綜采 ；推廣；可行性

中圖分類號(hào)：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

煤炭是我國(guó)的主體能源，煤礦安全生產(chǎn)關(guān)系煤炭工業(yè)持續(xù)發(fā)展和國(guó)家能源安全，關(guān)系數(shù)百萬(wàn)礦工生命財(cái)產(chǎn)安全。近年來(lái)，通過(guò)各方面共同努力，煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)。但事故總量仍然偏大，重特大事故時(shí)有發(fā)生，暴露出煤礦安全管理中仍存在一些突出問(wèn)題。

1 煤層特征

急傾斜煤層是指賦存傾角大于45°的煤層，我國(guó)急傾斜煤層的儲(chǔ)量大約占煤炭總儲(chǔ)量的17%，其年產(chǎn)量?jī)H占全國(guó)煤炭總產(chǎn)量的3%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)626處國(guó)有重點(diǎn)煤礦和地方煤礦中，開(kāi)采急傾斜煤層的礦井有103處，占16.5%。

某礦K21煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以單一煤層為主。K21煤層屬較穩(wěn)定煤層，礦區(qū)內(nèi)大部可采，煤層厚度0.6m～1.3m，平均1.0m，煤層傾角74°～83°，平均傾角75°。煤層頂板為致密性灰質(zhì)泥巖，厚度1.0m～2.7m；底板為致密性灰質(zhì)泥巖，厚度0.8m～2.3m。煤層不含夾矸，偽頂厚0.15m，局部有小褶皺。

2 三機(jī)選型

針對(duì)傾角大于45°、厚度在0.8m～1.3m的煤層開(kāi)采，推廣急傾斜薄煤層綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)及工藝，主要應(yīng)該研究工作面防倒、防滑、防飛矸技術(shù)，研究采煤機(jī)及附屬裝置、液壓支架、導(dǎo)向輸送機(jī)等配套設(shè)備的適用性，三機(jī)配套效果的穩(wěn)定性。

2.1 工作面層面角的確定

為減小頂?shù)装蹇迓浜兔禾块_(kāi)采時(shí)對(duì)鄰近煤層的影響，避免飛矸、煤塊對(duì)人員及設(shè)備的損傷，可通過(guò)增大工作面斜長(zhǎng)改變煤巖塊的自流角度和方向，使煤巖塊自流時(shí)偏向煤壁方向，以保證作業(yè)區(qū)的人員和設(shè)備的安全，降低對(duì)頂?shù)装鍘r層的破壞，減小對(duì)上下鄰近煤層的影響。圖1中OC為俯偽斜工作面布置位置。

圖1中，β=∠OBA是傾斜層面OBC的真傾角，β?=∠OCA是層面的偽傾角。二者的關(guān)系與層面回轉(zhuǎn)角δ （平面回轉(zhuǎn)角δ?）有關(guān)。

根據(jù)某礦方要求，工作面煤層傾角按75°考慮，為達(dá)到煤層開(kāi)采時(shí)的偽斜角度60°～65°的要求，由上述公式計(jì)算可知工作面層面角應(yīng)為：

綜合考慮層面角的選擇對(duì)導(dǎo)向輸送機(jī)長(zhǎng)度及排布的影響，層面角確定為68°。在工作面中，導(dǎo)向輸送機(jī)布置方向需與層面角一致。支架垂直布置，前端也應(yīng)與層面角一致的傾斜角度，從而保持整個(gè)工作面恒定的空頂距，保證正常采煤和對(duì)頂板的控制。

2.2 液壓支架工作阻力的確定

如圖2所示，當(dāng)使用φ200mm缸徑單伸縮+機(jī)械加長(zhǎng)段立柱時(shí)，分別取摩擦系數(shù)f=0.2和0.3，泵站壓力P=31.5 MPa，通過(guò)計(jì)算，得出上架在支撐狀態(tài)向上的合力F上、下架在未支撐狀態(tài)向上移動(dòng)的阻力F下見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)表1的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，在相同的條件下上架在支撐狀態(tài)向上的合力F上始終大于下架在未支撐狀態(tài)向上移動(dòng)的阻力F下。因此上架在支撐狀態(tài)下，通過(guò)連接在上架的防倒防滑千斤頂拉移處在未支撐狀態(tài)的下架時(shí)，上架可以穩(wěn)固的支撐住而不會(huì)因拉移下架而向下滑動(dòng)。防倒千斤頂采用缸徑為φ125/70mm的雙作用千斤頂，拉力隨工作液壓力的增大而增大，在工作液壓力P=31.5 MPa時(shí)，千斤頂最大拉力為：

通過(guò)以上計(jì)算可以看出防倒千斤頂?shù)睦Υ笥谥Ъ茉谖粗螤顟B(tài)時(shí)向上移動(dòng)的阻力F下，而小于上架的穩(wěn)固作用力，因此在支架下滑時(shí)，防倒千斤頂能夠順利的拉動(dòng)下架，不會(huì)影響上架，從而調(diào)整支架到合適的工作位置，防止支架的傾斜滑動(dòng)。綜上所述，支架選用φ200mm缸徑的立柱，泵站壓力為31.5MPa時(shí)，初撐力為1978kN，支架工作阻力確定為2400kN較為合適。

2.3 綜采三機(jī)配套參數(shù)

如圖3所示的急傾斜綜采三機(jī)配套中部斷面圖，工作面真傾角74°～83°（取75°），層面角68°，工作面斜長(zhǎng)91m，需綜采支架共56架。工作面所需綜采設(shè)備見(jiàn)表2。

液壓支架為急傾斜掩護(hù)式液壓支架，支加高度850m～1550mm，寬度1420m～1680mm額定工作阻力2400kN，適應(yīng)傾角≤85°，走向角度≤10°，支架重量約9.3t/架。采煤機(jī)為多電機(jī)橫向布置大功率電牽引采煤機(jī)，采高范圍1.1m～1.4m，滾筒直徑1150mm，滾筒有效截深590mm，可截割礦石硬度f(wàn)≤3，適應(yīng)工作面傾角0°～75°，機(jī)身重量約21t。輸送機(jī)硬度適應(yīng)條件f≤4，適用傾角45°～85°。

3 勞動(dòng)組織

根據(jù)急傾斜俯偽斜綜采工作面實(shí)施條件、俯偽斜綜采裝備、開(kāi)采工藝要求、設(shè)備維護(hù)要求以及俯偽斜綜采工作面管理需要，工作面采用“三、八”制循環(huán)作業(yè)，實(shí)行兩班采煤，一班準(zhǔn)備。急傾斜俯偽斜綜采工作面經(jīng)按崗排列，勞動(dòng)定員共計(jì)38人，其中每班工作面生產(chǎn)人員7人，工作面生產(chǎn)在籍生產(chǎn)人數(shù)48人，見(jiàn)表3。

4 經(jīng)濟(jì)效益估算

按照某煤礦提供的目前采煤設(shè)備投資情況，以及參與技術(shù)支撐的急傾斜俯偽斜綜采廠家設(shè)備預(yù)報(bào)價(jià)，經(jīng)初步估算：急傾斜俯偽斜綜采工作面設(shè)備總投入1917.63萬(wàn)元[其中設(shè)備購(gòu)置費(fèi)1718.2萬(wàn)元、安裝工程費(fèi)189.43萬(wàn)元（含安裝材料費(fèi)）]。根據(jù)采煤工作面材料費(fèi)、采煤工作面動(dòng)力及燃料費(fèi)估算、單個(gè)采煤工作面職工薪酬、單個(gè)采煤工作面修理費(fèi)及單個(gè)采煤工作面折舊費(fèi)等5個(gè)計(jì)算原則進(jìn)行成本估算，單個(gè)工作面實(shí)施急傾斜俯偽斜綜采后成本約為125.73元/t。

實(shí)施急傾斜俯偽斜綜采后單面用人為48人；單面原煤產(chǎn)量由原來(lái)2.4萬(wàn)t/a提高到7.46萬(wàn)t/a。實(shí)施綜采后，采煤工作面員工的勞動(dòng)強(qiáng)度下降，工資上浮了約20%。實(shí)施綜合機(jī)械化采煤工藝后，若按照一套綜采設(shè)備報(bào)廢年限8年計(jì)算，設(shè)備投入攤銷到噸煤成本中提取，該礦井在原放炮落煤的采煤工藝的對(duì)比下，每年可增加年利潤(rùn)2127.46萬(wàn)元，8年共計(jì)增加利潤(rùn)17019.68萬(wàn)元。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

我國(guó)開(kāi)采急傾斜煤層的礦井有103處，占16.5%，但綜合機(jī)械化采煤工藝在急傾斜煤層并未全面推廣。通過(guò)重慶松藻煤電有限責(zé)任公司和重慶能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司的聯(lián)合試驗(yàn)，已在多家煤礦進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，并取得了成功。

5.2 建議

任何開(kāi)采急傾斜煤層的礦井，在準(zhǔn)備投入綜合機(jī)械化采煤工藝之前，需提前由有專業(yè)資質(zhì)的單位進(jìn)行“本礦井綜采可行性研究”，以減少資金投入的損失，保證新工藝的推廣應(yīng)用成功。

參考文獻(xiàn)

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