煤礦最佳回采工藝的選擇及設備選型

李志杰

（陽泉煤業集團和順新大地煤業有限公司， 山西 晉中 032700）

引言

煤炭作為一種不可再生能源，在未來很長一段時間內依然在我國能源結構中占據主導地位。為了確保煤炭產量與工業生產及人們生活的需求相適應，需對煤炭的開采技術、工藝以及綜采設備的生產能力進行不斷優化改進。我國煤炭儲量主要集中在山西、貴州、內蒙古等地，由于地理位置的不同各個煤層的情況各不相同。目前，我國所開采煤層占據比例最大的為緩傾斜煤層，其次為傾斜煤層，最后為急傾斜煤層[1]。其中，由于當前采煤工藝及采煤技術的局限性，針對緩傾斜煤層中的薄煤層和極薄煤層開采受到制約，造成工作面煤炭無法得到百分之百的開采，進而造成能源的浪費。因此，針對薄煤層和極薄煤層的開采需為其設計最佳回采工藝，使得煤炭資源得到充分開采。

1 工程概況

以和順新大地煤業有限公司某工作面3 號煤層為研究對象，3 號煤層的主要情況如下所述：

1）3 號煤層厚度為5.55～5.80 m，平均厚度為5.68 m，局部含夾矸一層，厚度0.33～0.35 m，平均厚度為0.34 m。

2）工作面地質構造情況：工作面以南106.9～202.5 m，工作面以東27～228.6 m 位置發育有KX48陷落柱；二次解釋顯示該陷落柱發育于工作面以南83.5～193.2 m，2205 外切眼東幫以東20～197.4 m 位置。根據打鉆探測結果顯示：該陷落柱東邊界距內切眼西幫為178 m，西邊界距內切眼西幫為317 m，預計陷落柱長軸143 m，短軸68 m，陷落柱不富水，不導水。

3）工作面瓦斯、火、煤塵情況：經工作面實測，瓦斯含量為7.236 2 m3/t，可解吸瓦斯含量為4.834 0 m3/t，不易自燃。地溫小于26 ℃，屬于正常地溫，無熱害危險。

4）工作面地質水文情況：根據瞬變電磁勘探結果顯示，工作面掘進范圍上方發育有一處3 號煤頂板富水異常區。預計正常涌水量為2 m3/h，最大涌水量為7 m3/h。該工作面屬于承壓開采區域，3 號煤底板標高為+443.0～+455.0 m，和順新大地煤業有限公司奧灰水水位標高為＋639 m，承壓184.0～196.0 m高水柱，隔水層厚度為141.87 m，突水系數為0.023 MPa/m，進行掘進工程時要引起高度重視。

2 工作面綜采回采工藝的可行性研究

目前，3 號煤層工作面一直采用綜采回采工藝或普通機械化采煤設備進行回采。但是，采用上述兩種回采工藝并未取得預期的效果，導致工作面的產煤效率太低[2]。經分析導致上述問題的主要原因為3 號煤層的地質構造復雜多變，而且3 號煤層薄煤層所占比例較大，整個工作面煤層的變化較大。就綜合機械化回采工藝在3 號煤層的應用，有如下問題無法解決：

1）3 號煤層工作面的向斜構造和背斜構造多，斜構造形式如圖1 所示。

由于上述向斜構造多，只有將刮板輸送機安裝到向背斜構造的軸部才能夠實現運輸任務，而刮板輸送機無法實現較大角度的向上彎曲和向下彎曲。因此，3 號煤層向背斜構造多的原因導致采煤機無法來回移動。

2）該工作面煤層厚度的變化范圍較大，且薄煤層所占比例較大。當在生產中遇到薄煤層時，無法實現采煤機的移動和液壓支架的平移。而且，當生產過程中遇到頂板破碎帶時，難以對頂板進行支護，進而容易出現漏頂的事故發生[3]。

3）工作面采用綜合機械化回采工藝要求上下巷處于平行的狀態，從而保證工作面長度相對穩定。但是，3 號煤層工作面無法實現上巷和下巷的平行，需盡可能地減少運輸設備的臺數，否則需通過改變原有巷道的方向，提升工作面的采煤效率。緊接著，改變原有巷道的方向造成了3 號煤層工作面長度的不穩定，無形增加了綜采回采工藝的開采成本，提升了綜采回采工藝的施工難度。

4）由于3 號煤層薄煤層所占比例較大，而針對薄煤層的液壓支架類型較少。而且，3 號煤層開采時采高變化較大，目前尚未有采高變化大的液壓支架。綜上所述，3 號煤層采用綜合機械化回采工藝是不現實的、不合理的。因此，擬采用普通機械化回采工藝或炮采回采工藝對其進行開采[4]。

3 最佳回采工藝確定及設備選型

為保證最終所選擇回采工藝為最適合3 號煤層工作面的特點，從開采效率、頂板管理勞動量以及資源回收率方面對普采和炮采回采工藝的優劣性進行對比。

3.1 最佳回采工藝的確定

1）頂板管理勞動量方面的對比。當采用炮采回采工藝時，需對3 號煤層工作面采用三排五柱的支護方式，排柱的間距分別為1.2 m 和0.8 m，回采率為97%。經計算可知，基于炮采回采工藝每生產1 萬t煤的平均回柱量為5 814 棵。當采用普采回采工藝時，需對3 號煤層工作面采用四排六柱的支護方式，排柱的間距分別為0.8 m 和0.8 m，回采率為97%。經計算可知，基于炮采回采工藝每生產1 萬t 煤的平均回柱量為8 712 棵。綜上所述，炮采回采工藝能夠有效減少工作面頂板支護的管理勞動力，有效縮短循環時間。

2）開采效率方面的對比。對于普通煤層工作面而言，基于炮采回采工藝的產量低于基于普采回采工藝的產量。而對于3 號煤層的特點而言，基于炮采回采工藝的產量高于基于普采回采工藝的產量。而且，普采的事故率較高。基于炮采回采工藝，采用三班倒的工作制度，每班產量為251 t，則每天的產量為751 t，則每個月的理論產量為22 590 t。按照炮采循環率為90%計算，則基于炮采回采工藝的實際月產量為20 331 t。而普采回采工藝的循環率為70%，每月的實際產量僅為17 535 t。因此，基于炮采回采工藝每月比普采回采工藝多2 796 t，按照每噸煤的價格為340 元。則，炮采回采工藝每月可多盈利2 796×340=950 640 元。綜合對比分析炮采回采工藝和普采回采工藝開采效率和頂板支護管理的勞動量，炮采回采工藝均優于普采回采工藝[5]。因此，針對3 號煤層的特點與其對應的最佳回采工藝為炮采回采工藝。

3.2 最佳回采設備的選型

根據該工作面的煤層特點及所選擇的工藝，為其選擇最為合適的綜采設備。液壓支架和刮板輸送機與工作面特點相關性大。因此，此處完成對液壓支架和刮板輸送機的選型，液壓支架型號為ZF56200-18，刮板輸送機型號為SGZ900/750，其參數分別如表1、表2 所示。

表1 ZF56200-18 液壓支架選型參數

表3 SGZ900/750 刮板輸送機選型參數

4 結語

煤礦工作面所選用的回采工藝是決定該工作面生產效率的關鍵因素。因此，不同采煤工作面需綜合對比分析其煤層、地質水位、地質構造等情況，從當前應用最為廣泛的綜合機械化化回采、普通機械化回采以及炮采回采工藝中選擇最佳的采煤工藝，以達到工作面的產煤效率最高、頂板管理勞動量最小、生產成本最小等目的。本文針對3 號煤層薄煤層比例較大的特點，最終選擇最佳回采工藝為炮采。