綜放工作面過超大陷落柱分裝分運系統(tǒng)的應(yīng)用

史曉東

(燕龕煤炭有限責(zé)任公司，山西　陽泉　045000 )

?

綜放工作面過超大陷落柱分裝分運系統(tǒng)的應(yīng)用

史曉東

(燕龕煤炭有限責(zé)任公司，山西陽泉045000 )

摘要針對程莊礦15104綜放工作面過超大陷落柱時遇到的煤矸混合造成煤質(zhì)下降的問題，確定了強行通過該陷落柱方案，并提出了煤矸分裝分運系統(tǒng)。實踐表明：與重新布巷規(guī)避陷落柱相比，煤矸分裝分運系統(tǒng)節(jié)省了因掘巷和工作面搬家倒面增加的近200萬元的資金投入，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)700萬元，取得了良好的安全經(jīng)濟(jì)效益；煤矸分裝分運系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)㈨肥瘎冸x和煤矸運輸之間高效有序的銜接起來，對類似條件下的礦井生產(chǎn)具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞厚煤層；綜放工作面；陷落柱；分裝分運系統(tǒng)

陷落柱是煤礦生產(chǎn)過程中時常揭露和遇見的一種地質(zhì)構(gòu)造，這一特殊的地質(zhì)構(gòu)造體破壞了煤層的連續(xù)性，降低了煤炭的采出率，是誘發(fā)水災(zāi)、瓦斯等煤礦災(zāi)害的重要致因，嚴(yán)重制約了煤礦的安全高效生產(chǎn)。近年來，國內(nèi)研究重點大多集中在陷落柱的形成機(jī)理和探測圈定等方面[1-5]。在工作面推進(jìn)的過程中，對于已探明的陷落柱，大多采用規(guī)避的方式將其繞開，這樣將面臨較長的輔巷掘進(jìn)量以及工作面的多次搬家倒面，提高了煤礦企業(yè)的投入資金和安全風(fēng)險。對于超大型陷落柱，強行通過會使得大量的矸石混入落煤中，降低煤炭的質(zhì)量，進(jìn)而影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此，結(jié)合燕煤公司程莊礦15104工作面實際，提出了煤矸分裝分運系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在落煤的同時實現(xiàn)矸石和煤炭的分裝分運，解決了矸石混入落煤中造成的煤質(zhì)下降問題，避免了工作面搬家倒面給礦井正常生產(chǎn)帶來的影響，同時也可以縮減輔巷的掘進(jìn)量。

1工程地質(zhì)概況

程莊煤礦是陽泉市燕龕煤炭有限責(zé)任公司直屬主要生產(chǎn)礦井，位于山西省陽泉市郊區(qū)河底鎮(zhèn)程莊村西，距離市區(qū)25 km，交通極為便利。該井田面積8.947 6 km2，保有儲量11 467.8萬t，可采儲量5 999.7萬t，核定生產(chǎn)能力為240萬t/a，主采9#和15#煤層，其中15#煤層位于785水平，埋藏深度350～500 m，煤層平均厚度7.5 m，采用傾斜長壁式綜采放頂煤采煤方法。程莊煤礦15#煤層擔(dān)負(fù)著全礦井約70%的生產(chǎn)任務(wù)，目前開采15104工作面，煤層平均厚度為7.8 m，工作面斜長181 m，走向長度約1 170 m，可采儲量約256萬t，月產(chǎn)量約20萬t，因此，該工作面產(chǎn)量的高低、煤質(zhì)的好壞直接關(guān)系到礦井的經(jīng)濟(jì)效益。無線電波坑道透視儀探測結(jié)果顯示，在15104工作面內(nèi)有大小不等的陷落柱6個，其中有2個長軸約86 m、短軸65 m的超大型陷落柱，每個陷落柱將產(chǎn)生約3.8萬t的矸石，若不采取適當(dāng)措施，當(dāng)矸石和煤共采時，將會有大量矸石混入落煤當(dāng)中，嚴(yán)重?fù)p害煤質(zhì)。

2過陷落柱方案

針對程莊礦15104推進(jìn)過程中遇到的超大型陷落柱，根據(jù)現(xiàn)場實際情況提出了2個實施方案：方案一是沿陷落柱邊緣重新布巷，繞過陷落柱進(jìn)行開采；方案二強行通過該陷落柱，并依據(jù)采準(zhǔn)巷道布置情況，修建煤、矸分裝分運系統(tǒng)。

與方案二相比，方案一存在的問題有：重新布巷投資大，工期長；掘巷期間，掘進(jìn)工作面與回采工作面是串聯(lián)通風(fēng)容易造成瓦斯超限；工作面推進(jìn)時，后段工作面需超前18 m開始鋪網(wǎng)，造成大量的煤炭資源損失，回采率低；由于低位尾巷存在，在其上方掘巷時面臨著尾巷塌漏的風(fēng)險。

根據(jù)以上分析，方案一重新布巷投資大，工期長，不安全因素多，確定選用方案二強行通過該陷落柱，建立煤、矸分裝分運系統(tǒng)。

3煤矸分裝分運系統(tǒng)

3.1煤矸分裝分運系統(tǒng)組成

煤矸分裝分運系統(tǒng)由分離簸箕、儲矸倉、刮板輸送機(jī)和帶式輸送機(jī)組成。根據(jù)15104工作面采準(zhǔn)巷道布置情況，在其運輸巷機(jī)頭處修建1個高落式儲矸倉，該矸倉長5 m，寬5 m，深5 m，有效容積為125 m3，矸倉兩幫采用錨網(wǎng)支護(hù)，底部四周采用料石砌碹進(jìn)行加固，砌墻高1.2 m，厚0.6 m. 在15104工作面膠帶輸送機(jī)機(jī)頭上方吊掛1個可分離的簸箕，當(dāng)工作面內(nèi)運出的是矸石時，放下簸箕與膠帶輸送機(jī)機(jī)頭相接，矸石通過分離簸箕直接落入矸倉內(nèi)，矸倉底部鋪設(shè)一部40型刮板輸送機(jī)，緊接40型刮板輸送機(jī)機(jī)頭鋪設(shè)一部長180 m吊掛皮帶，之后再鋪設(shè)一部長15 m的40型刮板輸送機(jī)，將從工作面剝離出來的矸石經(jīng)礦車運至軌道大巷，運矸結(jié)束后，在料石墻上放置直徑200 mm的圓木，防止意外落矸損壞刮板輸送機(jī)。當(dāng)工作面運出的是煤炭時，將分離簸箕與膠帶輸送機(jī)機(jī)頭分離，使工作面生產(chǎn)的煤炭直接進(jìn)入主運輸系統(tǒng)，運至地面。

出矸路線：工作面爆落矸石經(jīng)15104工作面前部刮板輸送機(jī)→轉(zhuǎn)載機(jī)→皮帶→簸箕→儲矸石→40型刮板輸送機(jī)→800吊掛式皮帶(15#上層軌道巷)→40型刮板輸送機(jī)→礦車→15#軌道大巷→材料斜井→地面。

出煤路線：工作面煤炭經(jīng)前后刮板輸送機(jī)→轉(zhuǎn)載機(jī)→皮帶→15#皮帶大巷皮帶→3#煤倉。相關(guān)布置及路線見圖1.

3.2分裝分運系統(tǒng)安全技術(shù)措施

工作面放炮出矸時，在確保矸倉下方無人作業(yè)的前提下，打開矸倉上口的遮蓋物，放下煤矸分離簸箕，進(jìn)行出矸作業(yè)；在一個循環(huán)中出矸作業(yè)完成以后，恢復(fù)矸倉上口的遮蓋物，收起分離簸箕，通知運搬隊及時清理矸倉中的落矸，在鋪設(shè)矸倉上口的遮蓋物時，為防止意外事故的發(fā)生，應(yīng)關(guān)閉工作面皮帶輸送機(jī)開關(guān)；摘掛分離簸箕時，閉鎖15104工作面皮帶輸送機(jī)開關(guān)，停止15#皮帶大巷中帶式輸送機(jī)的運行；煤矸分離簸箕內(nèi)嚴(yán)禁站人(蹬、爬簸箕)。

a) 分裝分運系統(tǒng)頂視圖

b) 分裝分運系統(tǒng)剖面圖

4經(jīng)濟(jì)效果分析

1) 采用分裝分運系統(tǒng)，保證了原煤品質(zhì)，增加了銷售收入。15104工作面通過該陷落柱時每循環(huán)破落煤矸904 t，其中煤炭約580 t，矸石約324 t，矸石占破落煤矸總量的35.8%.如果不分裝分運，直接混合進(jìn)入煤倉，發(fā)熱量將由23.012 MJ/kg，降到12.552 MJ/kg，按照目前市場價格0.024 元/kJ，原煤價格由550元/t降至300元/t.則通過該陷落柱煤矸混合物產(chǎn)量達(dá)10.5萬t，銷售收入約3 150萬元，并且可能出現(xiàn)因煤炭品質(zhì)差帶來滯銷問題；采用煤矸分裝分運系統(tǒng)，工作面推過陷落柱后產(chǎn)生原煤約7萬t，在保證煤炭品質(zhì)的前提下，銷售收入約3 850萬元，較前者將增收700萬元。

2) 采用強行通過陷落柱分裝分運系統(tǒng)與重新掘巷、拆裝和搬運工作面液壓支架相比，可以大幅降低企業(yè)的資金和風(fēng)險投入。重新掘巷總工程量約為280 m，巷道造價按照6 000元/m計算，掘巷投資達(dá)168萬元，加上工作面液壓支架等設(shè)備的拆除、搬運和安裝共需投入近200萬元。此外，在掘巷過程中會帶來一系列的安全問題，如通風(fēng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，出煤時運輸工序冗雜，輔巷的掘進(jìn)對工作面的正常推進(jìn)速度的影響，特別是工作面推進(jìn)至陷落柱邊緣時，出現(xiàn)的過空巷以及超前支承壓力顯現(xiàn)等不安全因素。采用分裝系統(tǒng)，只需建立1個儲矸倉和安裝少許輔助運矸設(shè)備，總投資約50萬元，與重新布巷相比可縮減成本投入約150萬元。采用煤矸分裝分運系統(tǒng)既不影響工作面的正常推進(jìn)，也不會出現(xiàn)因修建儲矸倉帶來的一系列不安全問題，具有良好的安全和經(jīng)濟(jì)效益。

3) 采用分裝分運系統(tǒng)，既保證了煤炭品質(zhì)，又不影響工作面的正常推進(jìn)。通過控制煤矸分離簸箕的升降可以實現(xiàn)在一個循環(huán)中矸石和煤炭的分裝分運。當(dāng)一個循環(huán)的落矸全部運送至儲矸倉后，可啟動工作面的正常運輸和生產(chǎn)模式，兩套工序可以高效有序的銜接起來。

5結(jié)論

1) 煤矸分裝分運系統(tǒng)主要由矸倉、煤矸分離簸箕、刮板輸送機(jī)和帶式輸送機(jī)組成，在保證煤炭品質(zhì)的同時保障了工作面安全高效生產(chǎn)的有序進(jìn)行。

2) 強行通過陷落柱方案與重新布巷規(guī)避陷落柱相比，節(jié)省了掘巷和工作面搬家倒面的資金投入近200萬元，直接經(jīng)濟(jì)效益近700萬元，避免了一系列不安全問題，取得了較好的安全經(jīng)濟(jì)效益。

3) 煤矸分裝分運系統(tǒng)將矸石剝離和煤矸運輸之間高效有序的銜接起來，對類似條件下的礦井生產(chǎn)具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]許進(jìn)鵬，梁開武，徐新啟.陷落柱形成的力學(xué)機(jī)理及數(shù)值模擬研究[J].采礦與安全工程學(xué)報，2008，25(1)：82-86.

[2]李永軍，許海濤.陷落柱發(fā)育規(guī)律及富水性特征分析[J].有色金屬，2013，65(2)：71-74.

[3]劉威，沈驥千，劉蕓，等.轉(zhuǎn)換波數(shù)值模擬在陷落柱探測中的應(yīng)用研究[J].能源技術(shù)與管理，2014，39(3)：156-158.

[4]蔣法文，黃暉，張振生，等.高精度三維地震勘探技術(shù)在煤田安全聲場中的應(yīng)用[J].中國煤炭地質(zhì)，2014，26(2)：60-64.

[5]李巧靈，胡海娟，張輝，等.利用地震多屬性技術(shù)圈定巖溶陷落帶[J].煤炭工程，2013(10)：92-95.

Application on Separation System through Large Collapse

Column in Comprehensive Caving Working Face

SHI Xiaodong

AbstractAccording to the issue of the poor quality of coal mixing with gangues through the large collapse column of 15104 comprehensive caving working face in Chengzhuang coal mine,determines scheme force through the collapse column, designs the separation system of coal and gangue. Practice shows that this separation system saves approximately 2 million yuan, which is compared with redesign the working face system to avoid collapse column. This system was applied to separate gangues from coal and transport them effectively which provides for similar conditions of the mine production has a certain reference significance.

Key wordsThick coal seam; Comprehensive caving working face; Collapse column; Separation system

中圖分類號：TD823.4+9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)04-0054-03