端幫開(kāi)采對(duì)于煤炭開(kāi)采的積極意義

文/黃劉濤

端幫開(kāi)采對(duì)于煤炭開(kāi)采的積極意義

文/黃劉濤

端幫開(kāi)采作為目前世界上先進(jìn)、安全的煤礦開(kāi)采技術(shù)之一，將露天開(kāi)采與井工開(kāi)采技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成一套獨(dú)特的開(kāi)采方式。端幫開(kāi)采技術(shù)最早起源于上個(gè)世紀(jì)80年代，是在螺旋鉆開(kāi)采技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展演變而來(lái)，在延長(zhǎng)露天礦開(kāi)采年限方面以及礦山由露天向井工開(kāi)采的過(guò)渡期間，都顯示出了其獨(dú)特的不可替代的作用與價(jià)值，已經(jīng)成為解決露頭煤層、邊坡壓覆煤層以及露天礦端幫壓覆煤層開(kāi)采最為經(jīng)濟(jì)有效的方法。

一、端幫開(kāi)采技術(shù)概況

端幫采煤，就是在露天煤礦開(kāi)采過(guò)程中，充分利用其采場(chǎng)的空間敞露條件，用井工開(kāi)采方法回收露天礦境界以外的殘煤，它作為對(duì)露天、井工開(kāi)采技術(shù)的主要補(bǔ)充,已越來(lái)越多地被用戶接受并采用。見(jiàn)圖1，端幫開(kāi)采工藝示意圖。

圖1端幫開(kāi)采工藝示意圖

我國(guó)煤層賦存條件較為復(fù)雜,煤炭資源分布地域遼闊，存在著儲(chǔ)量巨大的薄煤層及傾斜煤層資源。但是，受目前開(kāi)采技術(shù)條件的限制，傳統(tǒng)的井工和露天開(kāi)采方式都不能有效地回收這些資源，這些煤層不得不被放棄，造成了巨大的資源浪費(fèi)。特別是在我國(guó)內(nèi)蒙古、山西、陜西以及寧夏地區(qū)，大量的露頭煤層及邊坡煤層因早期無(wú)計(jì)劃式開(kāi)采，并未做掩埋處理，存在嚴(yán)重的火情，自燃現(xiàn)象十分嚴(yán)重，不僅浪費(fèi)資源，并且對(duì)周邊環(huán)境造成污染。端幫開(kāi)采工藝則是將這些原先被丟棄或較難開(kāi)采的煤炭資源進(jìn)行更有效的回收，并能最大程度地減少對(duì)環(huán)境的影響。見(jiàn)圖2，端幫開(kāi)采工藝的典型開(kāi)采方式。

圖2端邦開(kāi)采工藝的典型開(kāi)采方式

二、端幫開(kāi)采設(shè)備

由于技術(shù)的限制以及開(kāi)采手段不完善，端邦開(kāi)采工藝在我國(guó)一直處于空白，大量的薄煤層資源被丟棄。作為全球工程機(jī)械的領(lǐng)先企業(yè)，美國(guó)卡特彼勒始終將向全球的礦山行業(yè)客戶提供專(zhuān)業(yè)高品質(zhì)的產(chǎn)品和最全面的服務(wù)方案作為自己的目標(biāo)?？ㄌ乇死展酒煜翪atHW300露井聯(lián)合端幫開(kāi)采系統(tǒng)（見(jiàn)圖3，卡特彼勒CatHW300端幫開(kāi)采設(shè)備），作為該領(lǐng)域的佼佼者，截至目前已有85臺(tái)（套）露井聯(lián)合端邦開(kāi)采系統(tǒng)在全世界40多個(gè)地區(qū)運(yùn)行。作為全球市場(chǎng)占有率最高的端幫開(kāi)采設(shè)備生產(chǎn)商，卡特彼勒公司于1994年就致力于端幫開(kāi)采設(shè)備的設(shè)計(jì)與研發(fā)工作，經(jīng)過(guò)二十多年的不斷研發(fā)、改進(jìn)，其巷道掘進(jìn)深度已由最初的30m提高到300m以上，單巷道開(kāi)采高度從0.8m直到4.5m，每班僅需3～4人就可以完成全部的開(kāi)采作業(yè)，且整套系統(tǒng)的控制、運(yùn)行以及維護(hù)都在礦山外部的地面進(jìn)行，無(wú)需操作人員進(jìn)入巷道工作，已成為現(xiàn)代礦山開(kāi)采不可或缺的一部分。

圖3卡特彼勒CatHW300端幫開(kāi)采設(shè)備

三、美國(guó)礦山運(yùn)行實(shí)例

1.NorthStarOne煤礦

Metlnvest公司的NorthStarOne煤礦，位于西維吉尼亞州貝克立市西南30公里的Kanawaha鎮(zhèn)。

NorthStarOne煤礦為高價(jià)值薄煤層，其覆蓋層厚度為20m～40m，煤層厚度范圍從0.71m到1.27m，應(yīng)用2臺(tái)CatHW300露井聯(lián)合端幫開(kāi)采系統(tǒng)于2008年開(kāi)始進(jìn)行露頭煤端幫開(kāi)采。56號(hào)設(shè)備于2008年4月開(kāi)始運(yùn)行，66號(hào)設(shè)備于2011年2月開(kāi)始運(yùn)行。設(shè)備動(dòng)力由當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電。

針對(duì)此煤層厚度，NorthStarOne煤礦采用薄煤層截割頭，掘進(jìn)斷面寬度2.9m，支撐煤柱的平均寬度為0.9m，其整體回采率達(dá)到72%。采用兩班制進(jìn)行運(yùn)行，每個(gè)班12小時(shí)，每周生產(chǎn)5天（周六、周日不生產(chǎn)），單臺(tái)設(shè)備的月產(chǎn)煤量為50～60kt。8小時(shí)內(nèi)，卡特彼勒CatHW300端幫開(kāi)采設(shè)備就可完成一條高1.2m（隨煤層厚度起伏變化），寬2.9m，深度達(dá)到300m的巷道開(kāi)采。巷道開(kāi)采完畢后，推進(jìn)臂帶動(dòng)截割頭快速撤出巷道，對(duì)周邊環(huán)境影響極小，實(shí)現(xiàn)了無(wú)塌陷開(kāi)采。

2.Tacoa煤礦

Tacoa煤礦位于美國(guó)阿拉巴馬州西南20公里的TacoaMinerals礦區(qū)。煤層條件為高價(jià)值焦煤。傾角向下從11°到22°，為傾斜煤層。

地層結(jié)構(gòu)為松散層，厚度為10m，基巖厚度為6m，煤層厚度為1.05m，煤層無(wú)夾層。

采用一臺(tái)CatHW300露井聯(lián)合端幫開(kāi)采系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)采，此套設(shè)備采用薄煤層電動(dòng)截割頭，煤層開(kāi)采巷道的寬度為2.9m，開(kāi)采巷道的深度根據(jù)覆蓋層以及煤層條件從175m到225m不等，每天8小時(shí)工作制。支撐煤柱的寬度根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬以及端幫支護(hù)計(jì)算，預(yù)留為2m。開(kāi)采過(guò)程中，由于采用了預(yù)留永久煤柱的方式，實(shí)現(xiàn)了不塌陷開(kāi)采。

四、瓦斯控制

瓦斯治理是煤礦安全高效開(kāi)采的前提和基礎(chǔ)。一般來(lái)說(shuō)，如果空氣中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到5%～15%時(shí)，有明火的情況下就能發(fā)生爆炸。為此，卡特彼勒CatHW300露井聯(lián)合端幫開(kāi)采系統(tǒng)在設(shè)備截割裝置的電氣裝備方面采取防爆結(jié)構(gòu)，在截割頭前部充入惰性氣體，例如CO2或N2，使截割頭在進(jìn)行工作的過(guò)程中被惰性氣體充分包裹，將電氣引爆的幾率降低到最小程度。同時(shí)，為應(yīng)對(duì)高瓦斯煤層的開(kāi)采，該系統(tǒng)還加裝了充氣泵模塊，并獲得了美國(guó)國(guó)家安全部門(mén)MSHA以及中國(guó)“煤安”的認(rèn)證與批準(zhǔn)。

考慮到如截割滾筒在截割到夾矸或頂?shù)装鍘r層時(shí)，所產(chǎn)生的火花亦可能引燃瓦斯，尤其是那些瓦斯量較大的煤層，卡特彼勒公司在CatHW300露井聯(lián)合端幫采煤系統(tǒng)中還增加了瓦斯探測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)截割滾筒周?chē)咚節(jié)舛瘸^(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)將切斷動(dòng)力電源，截割頭自動(dòng)停機(jī),并報(bào)告地面控制室人員。

五、結(jié)論

端幫開(kāi)采作為對(duì)現(xiàn)有露天開(kāi)采與井工開(kāi)采的有力補(bǔ)充，對(duì)國(guó)內(nèi)原有技術(shù)不能開(kāi)采的薄煤層以及傾斜煤層資源進(jìn)行回采，進(jìn)一步增加了煤炭產(chǎn)量，提高了煤礦的整體回采率，對(duì)現(xiàn)有煤炭開(kāi)采技術(shù)有著重大的現(xiàn)實(shí)意義，其綠色高效的開(kāi)采方式，無(wú)論從產(chǎn)業(yè)政策還是安全開(kāi)采方面，都具有顯著優(yōu)勢(shì)，是對(duì)煤礦開(kāi)采應(yīng)用上的新發(fā)展。

（作者單位：卡特彼勒全球礦業(yè)）

（責(zé)任編輯：周瓊）