往復式采煤工藝及綜采設備選型研究

代 寧

（西山煤電西銘礦， 山西 太原 030052）

引言

我國煤炭儲量相對豐富，數據表明在未來很長一段時間內煤炭依然在我國能源結構中占據主導地位。在資源相對匱乏的年代，提高煤礦工作面煤炭資源的回收率，減少工作面煤炭資源的浪費是當前急需解決的問題。目前，我國以長壁后退式采煤工藝為主，基于該采煤工藝現場追求工作面的推進速度，而且工作面巷道采用雙巷布置的方式，導致在工作面相鄰采區所留設煤柱的寬度較大，從而造成煤炭資源的浪費[1]。因此，在當前綜采技術高速發展的年代，需為其配置最佳采煤工藝才能夠達到高效、高產的目的。

實踐表明，往復式開采工藝具有搬家效率高、巷道掘進距離短以及資源回收率高的優勢。因此，本文以永安煤礦為例研究往復式開采工藝的應用。

1 工程概況

永安煤礦占地面積較大，其中南北走向總長度約為2.3 km，東西走向的總長度為1.3 km。目前，永安煤礦可供開采的煤層包括有7 個，總體來說該煤礦煤層的平均厚度為2.05 m，煤層的傾角范圍為15°～25°，平均傾角為20°。本文以永安煤礦的1703 工作面研究往復式采煤工藝的應用，其對應的地質條件如表1 所示。

永安煤礦屬于低瓦斯礦井，通過歷年瓦斯涌出量統計數據可知，該煤礦的瓦斯平均涌出量為4.41 m3/t；且工作面的煤塵具有爆炸性危險。

表1 1703 工作面頂底板條件

2 采煤方式及采煤工藝的確定

2.1 采煤方式的確定

目前，我國絕大多數煤礦主要以后退式采煤、前進式采煤以及往復式采煤為主。后退式采煤和前進式采煤機的主要區別在于工作面的推進方向不同，其中后退式采煤對應工作面的推進方向為開采邊界至采區上山；前進式采煤對應工作面的推進方向為由采區上山至開采邊界[2]。往復式采煤方式為將后退式和前進式采煤交替使用的開采方式，其對應的工作原理如圖1 所示。

上述三種開采方式的優劣勢對比如表2 所示。

目前，永安煤礦部分工作面在實際開采中主要存在的問題在于相鄰工作面搬家困難，從而導致整個煤礦的生產效率較低。此外，針對1703 工作面采用后退式采煤方式，所采用雙巷布置方式所留設煤柱的寬度較大，造成煤炭資源的浪費。為解決永安煤礦上述兩大問題，在1703 工作面運輸巷末端開切眼，使得該工作面開采完成后所屬工作面的設備可通過1703 工作面運輸巷末端切眼搬到相鄰工作面開切眼，從而提升了工作面的搬家效率[3]。

圖1 往復式開采工作原理圖

表2 后退式、前進式以及往復式開采方式優劣勢對比

此外，將往復式采煤方式應用于1703 工作面可解決雙巷布置導致的煤炭資源浪費的問題。

2.2 采煤工藝的設計

永安煤礦所采用采煤機的類型為雙滾筒采煤機，針對1703 工作面的相關條件，從該工作面煤層的缺口采用端頭斜切進的方式開采，采煤機在工作面往返對煤層進行截割。具體采煤機操作過程如下：將液壓支架移至指定位置進行支護準備，刮板輸送機在推溜作用下到達指定位置后液壓支架完成支護操作；支護完成后采煤機開始沿著煤層頂板進行往返截割煤炭，并且采煤機往返截割一次進兩刀。

結合1703 工作面的煤層、地質以及支護條件，采煤機滾筒截齒的截割深度為0.6 m，設備的推進速度為6 m/min。

2.3 巷道的布置

根據往復式開采方式的需求，需為1703 工作面配置工作面切眼、工作面軌道巷、工作面運輸巷以及邊界回風下山，各個巷道的相關參數如表3 所示。

表3 1703 工作面巷道參數統計

各個巷道的在工作面的布置情況如圖2 所示。

3 綜采設備選型

為保證綜采工作面的生產效率和開采安全性，本節將基于往復式開采方式對應采煤工藝和巷道布置的基礎上完成相關綜采設備的選型，包括采煤機、刮板輸送機以及液壓支架等[4]。

3.1 采煤機的選型

采煤機為煤炭開采的核心設備，綜合1703 工作面的煤層厚度、煤層傾角以及頂底板條件，選擇液壓牽引的雙滾筒采煤機，具體型號為MG150/345-WDK。所選型采煤機的采高可達1.3～4 m，符合工作面煤層平均厚度為2.05 m 的要求；采煤機截割深度為0.6 m；滾筒直徑為1 m，功率為345 kW。

圖2 工作面巷道布置示意圖

3.2 刮板輸送機的選型

刮板輸送機選型的主要依據為其運輸能力與采煤機的落煤能力相匹配。結合采煤機的選型結果，所選擇刮板輸送機的具體型號為SGZ-630/264-W，該型刮板輸送機為雙鏈刮板輸送機，運輸速度為0.75 m/s，每個電機的功率為132 kW，運輸能力為260 t/h。

3.3 液壓支架的選型

液壓支架選型的主要依據其結構與刮板輸送機相配套，保證其刮板輸送機可在液壓支架推溜作用下到達指定位置[5]。所選型液壓支架的參數如表4所示。

表4 液壓支架參數

4 結語

煤炭回采率、開采效率以及安全性為煤礦企業關注的重點，影響煤礦開采效率、回收率以及安全性的關鍵因素在于采煤工藝和綜采設備的性能。傳統后退式、前進式采煤方式存在回采率低、工作面漏風、掘進工作量大以及搬家效率低等問題。而往復式采煤方式具有搬家效率高、巷道掘進距離短以及回收率高的優勢，在綜采實踐中得到了廣泛的應用。