綜采面末采收尾機軌分離技術的實踐與應用

白景浩，李海彬，宋 俊

(1.國電建投內蒙古能源有限公司察哈素煤礦；2.國電建投內蒙古能源有限公司察哈素煤礦選煤廠，內蒙古 鄂爾多斯 017029)

國電建投內蒙古能源有限公司察哈素煤礦31采區有2-2、3-1等2個主要可采煤層。參照《緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類》(MT554-1996)和煤層頂板巖性綜合分析3-1煤層頂底板情況：煤層直接頂為1b，屬不穩定頂板；基本頂的初次來壓當量平均值為1 113.89KN/m2，屬Ⅳa級；煤層底板較軟。

31采區3-1煤層布置厚煤層綜采面，煤層內采用連續前進式開采順序；綜采面采用走向長壁式采煤法，后退式采煤，采用大采高一次采全高綜合機械化采煤工藝，自然垮落法管理采空區頂板。

由于各綜采面之間采用的是連續前進式開采順序，再加上3-1煤層直接底為0.5m～2.0m的泥巖、炭質泥巖、砂質泥巖，且含有0.4m～0.8m不等厚度的高嶺土巖層，使得綜采面回風順槽在經受了相鄰的上一個綜采面回采期間的周期來壓影響之后，其回風順槽礦壓顯現明顯，底板底鼓頻繁，不利于布置設備列車。因此，設備列車均布置在膠運順槽。

1 綜采面機軌合一布置方式及末采收尾中存在的問題

當前，以國家能源集團神華神東煤炭集團下屬煤礦為主的大型井工煤礦，多采用機軌合一布置方式，即設備列車和單軌吊管線吊掛裝置均布置在膠運順槽內，并與膠運順槽內靠近綜采面開采幫布置的帶式輸送機平行。進風巷機軌合一布置方式，可以大大減少回風順槽內機電設備布置數量，使綜采面在生產時實現專用回風巷管理。不僅如此，綜采面進風巷粉塵濃度極低，設備受粉塵污染的程度也比較低，維護也比較便利，監測監控系統也比較簡單。

1.1 膠運順槽機軌合一巷道布置

以該礦31311綜采面為例，見圖1、2。綜采面寬度290.08m，理論推進長度為4 310m，31311膠運順槽與相鄰的下一個綜采面的31313回風順槽之間的煤柱寬度為35m，兩條順槽之間每隔350m布置一條聯絡巷；每個順槽內的煤柱側，相鄰的兩條聯絡巷之間均勻布置3個調車硐室；31311膠運順槽內，帶式輸送機里側安全距離為0.7m，帶式輸送機與設備列車之間的安全距離為0.6m，人行道寬度1.27m，設備列車長度約200m，其內單軌吊最短長度70m，轉載破碎機長度約50m。

圖1 膠運順槽機軌合一布置方式示意

圖2 31311膠運順槽斷面

1.2 機軌合一巷道在綜采面末采收尾中存在的問題

以該礦31311綜采面為例進行說明，見圖3。31311綜采面煤柱保護線，即理論停采線位置，距離31采區輔助膠運大巷(東西段)不足160m，而這160m內還包括31311膠運順槽帶式輸送機機頭硐室90m。

圖3 31311綜采面末采收尾位置示意

確定實際停采線位置時，需要考慮轉載破碎機(50m)、單軌吊(最短長度70m)和設備列車(200m)等三大因素。從圖3中可以明顯看出，理論停采線與卷帶聯巷之間的距離遠遠不能滿足布置轉載破碎機、單軌吊和設備列車的需要。

按照傳統設計理念，31311綜采面實際停采線位置將定于31311膠運順槽卷帶聯巷以里320m的位置，即綜采面將損失掉251.73m的有效推進長度，損失可采煤量約53.47萬t，降低了綜采面的回采率。不僅如此，若31311綜采面減少251.73m的有效推進長度，意味著其服務年限將減少20d以上，這對該礦3-1厚煤層采掘接續也不利。

2 綜采面末采機軌分離技術的實踐應用

針對機軌合一巷道在綜采面末采收尾中存在的不足之處，該礦先后進行了多種模擬試驗。

2.1 常規的機軌分離方法

第一種方法：設計施工專用措施聯巷，將設備列車逐步分離出膠運順槽，并存放在31313回風順槽開口段內，這將損失掉122.1m的有效推進長度；沿起伏段移設設備列車時無安全保證；阻擋了進出綜采面的主要運輸路線，這對綜采面回撤作業也極為不利。

第二種方法：設計施工專用措施聯巷，將設備列車逐步分離出膠運順槽，并存放在31313回風繞道內，這將損失掉160.9m的有效推進長度；一是影響巷道通風斷面，二是31313回風繞道擴修工程需要一個月以上。

以上兩種方法，都是將設備列車從綜采面前進方向逐步分離出31311膠運順槽，卻都因順槽開口段有效空間太小，而不能顯著降低綜采面有效推進長度損失量。

2.2 新的機軌分離技術

現場調研期間該礦發現，若能實現設備列車向采空區方向轉彎，就能夠將設備列車全部存儲在31313綜采面的輔助回撤通道內。這樣一來，單軌吊的影響處理起來就簡單多了，綜采面有效推進長度損失量可以降到最小化(見圖4)。

圖4 機軌分離技術巷道布置示意

將設備列車向采空區方向轉彎117°以上需要解決三個問題：①新掘一條圓弧措施聯巷；②確定措施聯巷圓弧半徑；③優化31313輔助回撤通道設計圖以滿足移設和存儲設備列車的需要。其中，措施聯巷的圓弧半徑的選擇是關鍵。通過多次調研和模擬試驗(見圖5)后，該礦最終確定了措施聯巷的圓弧半徑，其余巷道設計和優化工作也都迎刃而解。

圖5 模擬試驗現場

2.3 新的機軌分離技術的實踐應用

該礦于2017年11月完成了相關圖紙的設計和優化，于2018年3月前完成了相關巷道的全部掘進任務和準備工作。

2019年2月18日，31311綜采面進入末采收尾階段：設備列車分6次由措施聯巷逐步分離出了31311膠運順槽，并最終全部存儲在了31313輔助回撤通道內；措施聯巷內的單軌吊管線直接落地后貼幫放置，待設備列車完全進入到31313輔助回撤通道內以后，繼續沿31311膠運順槽鋪設單軌吊，其中一段單軌吊管線仍需要落地并緊貼31311膠運順槽幫部放置，待綜采面貫通31311主回撤通道后，整個末采收尾工作結束；設備列車進入措施聯巷前，設備列車電纜車盤上需要提前儲存約260m的高壓電纜，設備列車經過的沿線，需要提前鋪設一路供水管路，移設設備列車期間將儲存的高壓電纜重新展開并敷設好即可。

新的末采收尾機軌分離技術的成功實踐應用，使得31311綜采面的有效推進長度損失量由251.73m減少至33.37m，由此，實際多采出原煤58.3萬t，實際增加31311綜采面回采周期29d。

3 效果對比

采用了機軌合一布置方式的綜采面，當理論停采線距離順槽巷道口的空間不能滿足設備列車、單軌吊和轉載破碎機等設備所需時，傳統的處理方法需要損失掉較多的綜采面有效推進長度，造成煤炭資源浪費，降低了綜采面回采率。

新的綜采面末采收尾機軌分離技術恰好能夠彌補上述不足，將綜采面有效推進長度損失量降至最低，實現經濟效益最大化。

仍以該礦31311綜采面為例：新技術多采出原煤58.3萬t，增加回采周期29d；按噸煤利潤150元計算，僅多采出的原煤直接經濟效益就高達8 745萬元，而項目投入尚不足70萬。

4 結束語

由國電建投內蒙古能源有限公司察哈素煤礦自主設計完成的綜采面末采收尾機軌分離技術，能夠顯著降低綜采面有效推進長度損失量，進而減少了煤炭資源浪費，提高了綜采面回收率和回采周期，而項目投入極低。

綜采面末采收尾機軌分離技術已經申請了國家實用新型專利(“一種設備列車與膠運順槽分離的礦井綜采工作面”，專利號ZL201821245711.5)，可供具有相同需求的井工煤礦及相關企業應用參考，無論直接經濟效益還是間接經濟效益，都非常顯著。