機械化原巷充填設備及“三機”匹配研究

亢澤凱

（西山煤電集團公司安全管理部， 山西 太原 030053）

引言

針對巷道埋藏深度較大且煤層條件復雜的工作面，采用傳統的巷道回采工藝主要存在工作面超前應力較大、回采率低及維護困難的問題。為此，有些煤礦采用原巷充填的理念對煤層進行開采，此種方式具有支撐力強、封閉效果好及實現了區段間無煤柱接替開采的優點，顯著提升了工作面的回采率[1]。但是，目前原巷充填工藝的實施主要存在作業人員勞動強度大、充填效率低的問題，嚴重影響了綜采工作面的生產效率。本文重點實現原巷充填的自動化生產，并針對性地完成“三機”的匹配選型。

1 17181 綜采工作面概況

本文以17181 綜采工作面為例開展研究，該工作面煤層厚度4～8 m，平均煤層厚度為6 m；工作面的軸向長度為1290 m，其中傾斜工作面的長度為203 m；工作面煤層的傾角范圍為6°～10°，平均傾角為7°。17181 工作面的頂底板地質條件如表1 所示。

表1 17181 綜采工作面頂底板地質條件

通過前期數值模擬分析可知，17181 綜采工作面采用原巷充填采煤工藝的對應巷道在垂直方向的應力減小，且頂板的下沉量減小。從整體上看，17181 綜采工作面采用原巷充填采煤工藝，能夠實現對工作面圍巖狀態更加穩定性的控制。本文重點對機械化原巷充填采煤工藝對應設備的配套及實際應用效果進行驗證，以從實踐層面驗證原巷充填采煤工藝應用的可行性和有效性。

2 機械化原巷充填采煤工藝

原巷充填，指的是通過注漿泵和相應的管路將充填材料輸送至順槽或運輸槽充填模箱的位置，所形成的充填體與原巷內支護共同形成了巷道的“人工支護”設計。為實現原巷充填采煤工藝的機械化生產，采用相應的機械設備替代傳統充填工藝中的人工搬運和充填材料的拆裝等工序；同時，將傳統的人工立模改為機械化充填模箱[2]。此外，為進一步提升原巷充填的機械化工藝，還需對采煤的空間和時間進行合理搭配。

機械化原巷充填采煤工藝的流程如下：采煤機截割煤層→移動液壓支架→移動機械化充填模箱和支模→完成充填材料的充分攪拌→開啟充填泵→完成充填操作→完成工作面巷道的超前支護→繼續開展截割煤層的任務。機械化原巷充填采煤工藝除了生產必需的采煤機、刮板輸送機、液壓支架外，還包括皮帶上料機、拆包機、攪拌設備等充填涉及的機械設備[3]。

2.1 充填設備的設計及選型

鑒于巷道空間相對較小，而且相對潮濕，因此，在為充填采煤工藝匹配充填設備時需考慮到防潮處理和材料的分類堆放。結合當前業內關于充填設備的設計經驗，重點對自動上料機、自動拆包卸料機、自動配料裝置、充填模箱及自移式超前液壓支架進行設計。

2.1.1 自動上料機

所設計的自動上料機結構如圖1 所示。

圖1 自動上料機結構示意圖

如圖1 所示，自動上料機主要包括底座、立桿、氣缸、電控箱、大臂、氣動馬達、小臂及抓手。在實際應用中可采用遙控器對其進行遠程控制。

2.1.2 自動拆包卸料機

自動拆包卸料機的主要功能為對充填材料的包裝進行拆除，并完成自動卸料功能。根據17181 工作面巷道實際情況，需要為其配置處理30 t/h 充填材料的設備，對應設備的功率為13.5 kW；為保證快速卸料，要求自動拆包卸料機的卸料功能能夠提供0.40～0.63 MPa 的氣壓，實現充填材料的快速卸載。

2.1.3 充填泵

充填泵為原巷充填采煤工藝的主要設備，其主要將充填材料通過管路運輸至所需的區域。本工程所選型充填泵的型號為ZBYSB300-90/5-15。

2.1.4 機械化充填模箱

機械化充填模箱是保證原巷充填采煤工藝高自動化生產的基礎。對于不同巷道，需要為其設計專用的機械化充填模箱，其大體結構主要包括前模箱、千斤頂、雙耳側模及活動擋板。本工程中所配置機械化充填模箱的具體型號為TM25-35/20-32。

2.1.5 自移式超前液壓支架

自移式超前液壓支架也是實現高自動化、高效率生產的關鍵部件，其能夠帶動機械化充填模箱根據工作面的推進自移；自移式超前液壓支架的應用可極大地減小作業人員的勞動強度，進一步提升巷道的回采效率，同時解決傳統由人工拖拽充填模箱導致的充填效率偏低問題。本工程所配套自移式超前液壓支架的具體型號為ZQL2*4000-27/56。

綜上，本工程所選用機械化原巷充填采煤工藝的充填關鍵設備的選型結果和主要參數如表2 所示。

表2 關鍵充填設備選型及主要參數

2.2 “三機”匹配選型

結合17181 巷道的設計情況，并綜合充填設備的選型結果，最終為17181 巷道所配置“三機”的具體型號及主要參數如表3 所示。

表3 “三機”匹配選型結果

3 機械化原巷充填采煤工藝效果

1）17181 巷道采用機械化原巷充填采煤工藝后，每月可推進工作面160 m，對應煤炭產量為15 萬t；傳統采煤工藝每月推進工作面113 m。

2）機械化原巷充填采煤工藝的應用，極大地縮減了工作面的作業人員數量，具體表現為：上料人數由15 人縮減為3 人，超前支護人員數量由10 人縮減為3 人，充填人數由4 人縮減為1 人。

3）采用機械化原巷充填采煤工藝，對應成本每推進1 m 減少4250 元。

4 結語

1）通過數值模擬分析得出，機械化原巷充填采煤工藝完全適用于17181 巷道的生產。

2）通過實踐表明，為17181 巷道配置合理的充填設備和采煤設備，可極大地提升巷道的采煤效率，降低現場作業人員的數量，降低回采的成本。