機械化回采工藝及設備安裝技術(shù)研究

孫國強

（山西焦煤集團有限責任公司屯蘭礦， 山西 古交 030200）

引言

近年來，隨著綜采工作面開采技術(shù)及綜采設備自動化水平的不斷提升，煤炭生產(chǎn)能力不斷增加，目前煤炭開采正處于從賦存條件較好煤層轉(zhuǎn)換為大傾角復雜難采煤層的階段[1]。為了繼續(xù)保持或提升復雜難采煤層的開采效率和安全性，需從根本上解決開采技術(shù)問題。本文將針對復雜難采煤層對回采工藝和設備安裝技術(shù)進行研究。

1 工程概況

經(jīng)探測可知，屯蘭礦井總煤層厚度為80～100 m，共有可開采煤層七層，七個煤層中主要開采煤層為1 號、4 號、6 號煤層，其余 2 號、3 號、5 號以及 7 號煤層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在實際開采中存在尖滅的情況。本文以屯蘭礦1 號煤層為例開展研究，該煤層的走向長度為670 m，其中傾斜工作面的長度為85 m 且傾斜工作面與水平工作面的傾角為33°，煤層的平均厚度為39°，煤質(zhì)較弱。1 號煤層工作面的頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

目前，屯蘭礦針對1 號煤層的開采進度處于回采階段。經(jīng)探測，1 號煤層回采階段可供開采煤炭的總量為63.82 萬t，估計需0.88 a 完成開采任務。在實際開采中瓦斯的絕對涌出量為14.04 m3/min，瓦斯的相對涌出量為10.17 m3/t。

2 機械化回采工藝的應用技術(shù)研究

所謂綜合機械化回采指的是將回采工藝與機械化開采設備聯(lián)合起來的開采手段。綜合機械化回采工藝具有產(chǎn)量高、開采效率高、作業(yè)人員勞動強度低、煤炭損失量小等優(yōu)勢[2]。總的來說，1 號煤層工作面的地質(zhì)條件相對簡單，具備應用機械化回采工藝的特點，即說明1 號煤層工作面具備應用機械化回采工藝的能力。本節(jié)將結(jié)合機械化回采工藝的特點及1 號煤層工作面的實際條件完成回采工藝的設計。

表1 1 號煤層工作面頂?shù)装迩闆r

2.1 回采巷道的布置

屯蘭礦井目前以立井開采為主，共包含有三個井筒，分別為主井、副井和回風井。其中，主井和副井為進風，回風井為回風。整個礦井的通風方式為中央并列式[3]。結(jié)合礦井的整體布局、工作面長度、煤層傾角等參數(shù)將回采巷道的整體布置設計如圖1 所示。

如圖1 所示，回采巷道處于-400 m 和-600 m之間，中間包含了軌道下山、膠帶機以及回風巷道等；其中，軌道下山巷道與回風順槽和運輸順槽巷道相通；膠帶機下山巷道與運輸順槽相通，從而實現(xiàn)了整個工作面生產(chǎn)系統(tǒng)的設計。

圖1 回采巷道布置圖

2.2 回采巷道的支護設計

礦井回采巷道的斷面形狀為半圓拱形狀，巷道的寬度為4.2 m，巷道的高度為3.2 m。結(jié)合常規(guī)回采巷道的支護形式及該斷面的巖層特性擬采用錨桿+錨索聯(lián)合支護手段對其斷面進行支護，現(xiàn)對具體支護參數(shù)進行闡述。

錨桿支護參數(shù)：錨桿直徑為20 mm，錨桿長度為2 500 mm，間距為800 mm，排間距為800 mm。

錨索支護參數(shù)：錨索直徑為15.4 mm，錨索長度為6 000 mm，錨索間距為2 000 mm，錨索排間距為800 mm。

錨桿+錨索支護的基礎上，采用網(wǎng)格規(guī)格為50 mm×50 mm，總長度為6 000 mm，總寬度為1 000 mm 的金屬網(wǎng)對其進行強化支護。此外，本方案中的錨桿和錨索均采用樹脂錨桿進行錨固。

2.3 綜采工藝參數(shù)的設計

針對礦井的回采任務，采用“三八”工作制度，其中兩班為正常生產(chǎn)，另一半為檢修班。具體回采工藝流程如下：采煤機在下行割煤的過程中對應液壓支架的前梁和護幫板伸出；下行割煤結(jié)束后調(diào)節(jié)采煤機滾筒高度開始上行采煤，并對底煤進行清理，與此同時，對應液壓支架的護幫板收回并完成移駕操作[4]。結(jié)合屯蘭礦其他開采煤層的設備選型，為1 號煤層工作面配置的設備如表2 所示。

表2 機械化回采設備配置與參數(shù)

3 機械化回采設備的安裝

結(jié)合實際生產(chǎn)的設備需求，對1 號煤層工作面安裝的回采設備包括有端頭支架（1 組）、基本液壓支架（33 架）、刮板輸送機（1 臺）以及采煤機（1 臺）。回采設備安裝之前需通過運輸巷道將待安裝的設備運輸至工作面，并按照標準安裝順序完成安裝任務[5]。

回采設備的運輸路線：將待安裝的回采設備在地面進行分解，通過副井的罐籠經(jīng)大巷、立井車場、回風順槽等巷道運輸至開切眼工作面。

回采設備的安裝順序：將工作面的切眼貫通，并對巷道的兩幫進行拓寬，按照安裝液壓支架-刮板輸送機-采煤機的順序分別進行安裝；“三機”安裝完成后進行調(diào)試運行后即可投入生產(chǎn)。液壓支架相比采煤機和刮板輸送機安裝過程復雜，本節(jié)著重對液壓支架的安裝過程進行闡述。液壓安裝需經(jīng)歷地面裝車、邊界上山轉(zhuǎn)彎處支架運輸、支架硐室組裝、開切眼支架調(diào)轉(zhuǎn)等過程。

地面裝車是液壓支架在工作面安裝的準備工作，1 號煤層工作面將地面支架裝車分為兩隊，將液壓支架分解為三部分，并按照液壓支架頂梁、底座、立柱、尾梁的順序?qū)σ簤褐Ъ苓M行安裝。

邊界上山轉(zhuǎn)彎處液壓支架零部件的運輸效率直接決定整個液壓支架的安裝效率。結(jié)合本工程，從-473 回風順槽至-522 回風順槽的路況相對復雜，中間存在多個S 巷道，且巷道的傾斜角度過大。因此，針對上述路線的運輸應始終保持鋼絲繩與平板車的垂直，采用慢放急停的原則對鋼絲繩進行下放。鑒于綜采工作面空間小，一般在支架硐室對液壓支架進行組裝，再將其運輸至工作面。

開切眼支架調(diào)轉(zhuǎn)為液壓支架安裝難度系數(shù)最大的過程，將在支架硐室組裝好的液壓支架采用兩臺絞車運輸。其中一臺絞車的主要任務是牽引液壓支架，另一臺絞車的主要任務是松車。

綜上所述，可將液壓支架的安裝技術(shù)歸納如圖2 所示。

圖2 液壓支架安裝示意圖

4 結(jié)語

機械化回采工藝具有產(chǎn)量高、開采效率高、作業(yè)人員勞動強度低、煤炭損失量小的優(yōu)勢，為解決大傾角復雜煤層開采效率低、回采率低以及勞動強度大的問題。本文以1 號煤層為例，將機械化回采工藝應用于其實際開采中，對-400 m 至-600 m 巷道之間的巷道進行布置，并采用錨桿+錨索支護方式對運輸順槽進行支護。此外，結(jié)合1 號煤層工作面的實際情況，對其液壓支架的關鍵安裝過程中的地面裝車、邊界上山轉(zhuǎn)彎處支架運輸、支架硐室組裝、開切眼支架調(diào)轉(zhuǎn)等過程進行具體設計，為提升1 號煤層的開采效率和安全性奠定基礎。