連續(xù)采煤機(jī)房柱式機(jī)械化開(kāi)采工藝系統(tǒng)的應(yīng)用

王 勃

（華陽(yáng)集團(tuán)總調(diào)度室，山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

目前，我國(guó)煤炭已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化綜采階段，下一步主要研究方向?yàn)樘嵘ぷ髅婷禾炕夭陕剩瑴p少開(kāi)采過(guò)程煤炭資源的浪費(fèi)。一直以來(lái)，礦區(qū)邊角塊是導(dǎo)致煤炭浪費(fèi)的主要因素。為此，在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中引入房柱式開(kāi)采工藝[1]。然而，房柱式開(kāi)采工作在實(shí)際應(yīng)用中存在產(chǎn)量低、頂板管理困難、煤炭生產(chǎn)成本高等問(wèn)題。為解決房柱式機(jī)械化開(kāi)采工藝回收率低和頂板管理困難的問(wèn)題，本文將研究連續(xù)采煤機(jī)房柱式機(jī)械化開(kāi)采工藝的應(yīng)用。

1 煤柱尺寸設(shè)計(jì)

房柱式采煤的核心結(jié)構(gòu)為煤柱，煤柱對(duì)保證房柱式采煤工作面圍巖可高效控制[2]。因此，煤柱尺寸的確定需綜合對(duì)比不同煤柱的應(yīng)力值、強(qiáng)度值以及應(yīng)用的適用性得出結(jié)論。本文所研究綜采工作面煤層為某礦1號(hào)煤層，煤層平均傾角為3°，煤層厚度為6.88~7.99 m，煤層的平均厚度為7 m，煤層中矸石的總厚度約為0.29 m，矸石的主要成分為泥巖、粉砂巖和砂質(zhì)泥巖。經(jīng)測(cè)量可知，砂質(zhì)泥巖和粉砂巖的抗壓強(qiáng)度值為40 MPa，屬于不穩(wěn)定頂板；老頂?shù)闹饕煞譃樯皫r，其抗壓平均強(qiáng)度值為43.7 MPa，屬于較穩(wěn)定圍巖；底板的主要成分為粉砂巖，穩(wěn)定性較好。

房柱可視為綜采工作面的“梁”，基于巖梁載荷計(jì)算的結(jié)論和“梁”的相關(guān)理論結(jié)合工作面巖層條件的各項(xiàng)參數(shù)。當(dāng)將工作面頂板巖梁簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁時(shí)得出該工作面房柱頂梁的最大跨度值為9.53 m。當(dāng)將工作面頂板巖梁轉(zhuǎn)化為固定梁時(shí)得出工作面房柱頂梁的最大跨度值為11.67 m。

綜合上述兩種情況得出，采用連續(xù)采煤機(jī)房柱式機(jī)械化開(kāi)采工藝時(shí)頂板的極限跨度值為9.53 m，即針對(duì)該綜采工作面的煤柱寬度小于9.53 m即可。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一般將房柱式開(kāi)采工藝下對(duì)應(yīng)下的煤房跨度值控制在5~-6 m之間。

除此之外，根據(jù)工作面實(shí)際情況設(shè)計(jì)煤柱的高度值為7 m，煤房的高度分為5 m和5.5 m。

2 房柱式機(jī)械化開(kāi)采的支護(hù)設(shè)計(jì)

在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采工作面圍巖的高效、穩(wěn)定控制是保證安全、高效生產(chǎn)的前提。目前，針對(duì)綜采工作面圍巖控制主要以錨桿、錨索支護(hù)方式為主，并且通過(guò)工程類(lèi)比法和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法相結(jié)合的方式綜合確定錨桿支護(hù)參數(shù)[3]。結(jié)合該煤礦1號(hào)煤層所屬工作面的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，確定本文所研究工作面的錨桿支護(hù)參數(shù)。

2.1 1號(hào)煤層所屬工作面支護(hù)實(shí)例

所選用的巷道錨桿的直徑為16 mm，錨桿長(zhǎng)度為1 800 mm，同時(shí)錨桿采用矩形布置，錨桿間距為1 000 mm，錨桿排間距為1 000 mm，每排錨桿排錨桿的數(shù)量為4根；此外，針對(duì)煤房所采用錨桿的直徑為16 mm，錨桿長(zhǎng)度為1 800 mm，同時(shí)錨桿采用矩形布置，錨桿間距為1 600 mm，錨桿排間距為1 000 mm，每排錨桿排錨桿的數(shù)量為3根。

上述支護(hù)方案對(duì)應(yīng)支護(hù)效果如表1所示。

表1 1號(hào)煤層所屬工作面支護(hù)效果監(jiān)測(cè)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，采用上述支護(hù)方案1號(hào)煤層所屬工作面在房柱式機(jī)械化采煤工藝下整個(gè)巷道的礦壓現(xiàn)象不明顯，圍巖變形量較小。說(shuō)明，本支護(hù)方案可有效對(duì)工作面圍巖進(jìn)行穩(wěn)定控制，保證工作面礦壓不受周?chē)_(kāi)采的影響。

2.2 工作面支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

基于1號(hào)煤層所屬工作面的支護(hù)實(shí)例，并結(jié)合本文所研究工作面的實(shí)際情況，確定其支護(hù)參數(shù)如下：所選用巷道錨桿的直徑為16 mm，錨桿長(zhǎng)度為1 600 mm，同時(shí)錨桿采用矩形布置，錨桿間距為1 000 mm，錨桿排間距為1 000 mm，每排錨桿排錨桿的數(shù)量為4根；鑒于該工作面頂板的巖層屬于4類(lèi)，在上述支護(hù)的基礎(chǔ)上加一項(xiàng)鋼筋鋼帶支護(hù)，對(duì)應(yīng)鋼帶的規(guī)格為4 500 mm×150 mm×12 mm。此外，針對(duì)煤房所采用錨桿的直徑為16 mm，錨桿長(zhǎng)度為1 600 mm，同時(shí)錨桿采用矩形布置，錨桿間距為1 000 mm，錨桿排間距為1 000 mm，每排錨桿排錨桿的數(shù)量為4根；在上述支護(hù)的基礎(chǔ)上采用木托板進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，對(duì)應(yīng)規(guī)格為400 mm×120 mm×50 mm。基于上述支護(hù)方案對(duì)應(yīng)的支護(hù)效果如表2所示。

表2 工作面支護(hù)效果監(jiān)測(cè)

3 連續(xù)采煤機(jī)房柱式機(jī)械化開(kāi)采工藝的應(yīng)用

3.1 房柱式采煤工藝的選擇

所謂采煤工藝指的是結(jié)合工作面煤層、巖層的實(shí)際條件，為其配套不同裝備實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面煤炭的落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)以及采空區(qū)處理等工序[4]。采煤工藝的選擇需遵循如下原則：所選工藝的高度可靠性；所選工藝與煤層、巖層等條件相匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)煤層的高效開(kāi)采；可適當(dāng)提高工作面的回采率和生產(chǎn)的安全性。針對(duì)工作面的實(shí)際條件，為其配置如表3所示的設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭的高效開(kāi)采。

表3 工作面房柱式采煤工藝設(shè)備統(tǒng)計(jì)

3.2 房柱式機(jī)械化開(kāi)采工藝的應(yīng)用效果

工作面共有五條平巷，具體如圖1所示。

圖1 工作面采煤生產(chǎn)工藝系統(tǒng)

在實(shí)際生產(chǎn)中，錨桿機(jī)首先在5號(hào)平巷內(nèi)對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)錨桿；與此同時(shí)，連續(xù)采煤機(jī)在1號(hào)平巷內(nèi)開(kāi)采，當(dāng)采煤機(jī)完成一個(gè)截割循環(huán)后轉(zhuǎn)至2號(hào)平巷內(nèi)對(duì)煤層進(jìn)行開(kāi)采。1號(hào)煤巷開(kāi)采完成后，錨桿機(jī)轉(zhuǎn)入1號(hào)煤巷進(jìn)行支護(hù)。

經(jīng)實(shí)踐生產(chǎn)表明，采用上述開(kāi)采工藝整個(gè)工作面的回采損失率僅為3.4%。其中，巷道掘進(jìn)回收率為47%，煤柱回收率為49.6%。

4 結(jié)論

煤炭作為不可再生能源，在生產(chǎn)和使用過(guò)程中均需避免煤炭資源的浪費(fèi)。尤其采用傳統(tǒng)采煤工藝時(shí)，由于對(duì)工作面邊角塊煤炭資源的浪費(fèi)是導(dǎo)致煤炭回收率低的主要原因[5]。為此，將房柱式開(kāi)采工藝系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)完成對(duì)煤房和巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)，為其配置可高效、安全生產(chǎn)的采煤機(jī)、錨桿機(jī)、鏟車(chē)和行走液壓支架，最后根據(jù)工作面實(shí)際情況完成具體開(kāi)采工藝的設(shè)計(jì)。實(shí)踐表明，采用連續(xù)采煤機(jī)房柱式開(kāi)采工藝整個(gè)工作面的回采損失率為3.4%。