煤礦機械化采掘配套及工程實踐

高小峰

（山西焦煤集團有限責任公司官地煤礦，山西 太原 030022）

引言

一直以來，對于不同地質條件、煤層條件的工作面而言，采取有效、合理、安全的采掘方案并為其配套高效、安全的生產設備，對于提升特殊工作面的生產效率具有重要意義[1]。同時，國家大力倡導煤礦開采的安全性、高回采率以及低成本開采，這對于研究并發展高效高產的開采技術是一個重大機遇。本文重點以永利煤礦為例開展機械化采掘設備配套研究，并對其實際應用效果進行分析。

1 工程概況

永利煤礦可探測到的煤層共包含有9層。其中，該煤礦可采或部分開采的煤層數量為4層，分別編號為19號、20號、24號以及25號煤層。19號煤層的平均煤層厚度為0.9 m，屬于穩定性煤層，該煤層大部分均可開采；20號煤層的平均煤層厚度為0.78m，屬于穩定性煤層，該煤層全部可采；24號煤層的平均煤層厚度為1.06 m，該煤層中包含有2層矸石且最大矸石層厚度為0.32 m，該煤層屬于穩定性煤層且全區域可采；25號煤層的平均煤層厚度為0.6 m，屬于相對穩定煤層，且大部分煤層可采。

總的來講，該煤礦煤層的平均密度為1.92 g/cm3。經對煤礦涌出量進行鑒定，該煤礦屬于高瓦斯礦井。目前，該煤礦共包含有兩個采煤工作面和6個掘進工作面。在兩個采煤工作面中包括有一個綜合機械化開采工作面和炮采工作面[2]。該煤礦所采用的通風方式為中央分列式，所選型的通風機型號為FBCDZ-80No23兩臺，通風機的額定功率為185 kW，最大風壓為3 080 Pa，最大通風量為131.5 m3/s。經對當前煤礦生產進行調研，總結問題如下：

1）當前工作面所采用的采煤工藝對應的煤矸石較多，導致所產原煤的質量較差；

2）所選擇的采煤工藝導致開采時的瓦斯突出，進而對應的瓦斯治理成本較高；

3）由于各個煤層的厚度差距較大，導致煤礦的開采率較低；

4）工作面的支護方式難以實施，導致巷道內的煤柱壓力較大，從而對風巷的維護難度增加。

為提高煤炭的開采效率和安全性，本文針對性地對采掘工藝和設備配套進行改進。

2 機械化采掘配套研究

本節重點對機械化采掘配套的工藝和設備配套進行研究。

2.1 機械化采掘工藝的配套

以永利煤礦的23號采區為例對采煤配套工藝進行優化。

2.1.1 23 號采區巷道的布置

23號采區基于無煤柱開采技術和Y型通風方式對巷道進行布置，該種巷道布置方式可以有效解決采空區和隅角的瓦斯堆積現象。結合采區的實際情況，將其對應的運輸大巷道布置于底板的茅口圍灰巖中，對應的總回風巷道也布置于底板的茅口圍灰巖中；采區分別布置了材料上山運輸大巷、運煤上山運輸大巷、回風山上大巷以及人行山上運輸大巷均與總的回風巷道相通[3]。

此外，該采區的采煤巷道和回風巷道以及工作面切眼均按照相關標準布置于整個采區中。

2.1.2 工作面布置

針對工作面的布置可采用走向布置和傾斜布置兩種方式。結合永利煤礦23采區的實際情況，工作面巷道的布置需遵循如下原則：

1）保證工作面的傾斜長度不得超過150 m，工作面走向長度最好大于400 m（基于越長越好的原則設計）；

2）采煤巷道和通風巷道施工時必須從工作面煤層的頂板或底板進行，確保工作面配置運輸機的下煤高度范圍控制在0.5~1 m之間；

3）考慮到在實際開采過程中排水和通風的便捷性，采煤巷道的布置應盡可能地采用上行方式進行。

綜合上述因素，工作面的走向長度設計約為800 m，傾斜工作面的長度為120 m。

2.1.3 回采工藝的設計

結合采區的實際情況及工作面、巷道的布置設計，采用滑鋸機對煤炭進行開采。相應的回采工藝設計如下：

1）前期準備。將所選型的設備布置于工作面巷道中，并保證各類綜采設備、通風設備可正常運行。

2）鋸煤。沿綜采工作面并從上、下缺口的方向進刀對煤層進行雙方向鋸煤；采用刮板輸送機對落下的煤炭進行強制運輸。

3）推溜拉架。采用千斤頂將刮板輸送機推移到相應的布局，與此同時將液壓支架推移至待支護工作面的下方。

4）支護巷道。基于注漿系統將充填材料充填至工作面的沿空巷道內；重復上述步驟，直至工作面的煤層開采完畢。

2.2 機械化采掘設備的配套

滑鋸機、刮板輸送機、液壓支架為機械化采掘的關鍵設備。結合永利煤礦的特點完成“三機”的配套選型，“三機”配套斷面如圖1所示。

圖1 工作面“三機”配套斷面圖

為23號采區所配套的三機的關鍵參數如表1、表2、表3所示。

表1 滑鋸采煤機關鍵參數

表2 液壓支架關鍵參數

表3 刮板輸送機關鍵參數

3 工程實踐

在上述機械化采掘工藝及設備配套的基礎上，為采區配套相應的瓦斯治理、工作面防滅火方案后對實際效果進行評估[4]。本文從經濟效益和社會效益兩方面進行綜合評價。

3.1 經濟效益

經實踐生產，采用本文改進后的機械化采掘工藝后生產每噸原煤可節約20元。目前，工作面已生產原煤量為70萬t。則，總計節約1 400萬元。除此之外，基于該采掘工藝在實際生產巷道共少掘進3 km，直接節約成本為900萬元。

綜上所述，就該采掘工藝應用以來共計節約成本約2 300萬元。

3.2 社會效益

采用改進后的采掘工藝可大幅度提升綜采工作面的生產環境，粉塵濃度降低；可簡化傳統采煤工藝對應的落煤過程，對工作面的通風條件進行有效改善。采用滑鋸采煤機對工作面頂板的振動減小，可以保證工作面頂板的完成，從而有效對工作面頂板的圍巖進行控制；此外，基于該采掘工藝能夠有效降低工作面瓦斯的集聚，保證通風的安全[5]。

4 結論

1）基于“110”工法對煤礦的工作面及巷道進行布置，并采用Y型通風方式解決工作面瓦斯積聚的問題；

2）結合工作面的實際情況，配套以滑鋸采煤機為核心的“三機”；

3）經實踐表明，所優化后的采掘工藝及配套的設備可大幅降低生產成本，同時提升煤礦生產的安全性。