陜北地區(qū)較薄煤層綜合機(jī)械化開采技術(shù)

趙明周

（陜西富源煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西延安 727500）

陜北地區(qū)較薄煤層綜合機(jī)械化開采技術(shù)

趙明周

（陜西富源煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西延安 727500）

較薄煤層資源在我國(guó)分布廣泛，儲(chǔ)量大、煤質(zhì)一般較好，但開采成本高。研究出高效高產(chǎn)的較薄煤層的開采技術(shù)，對(duì)提高礦井效益有著重要意義。隨著國(guó)內(nèi)外采礦設(shè)備制造水平的提高，在采用大功率、高可靠性工作面設(shè)備的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐拿簩淤x存情況，因地制宜地選擇采煤機(jī)械，并采用合理的采煤方法，努力實(shí)現(xiàn)較薄煤層的高產(chǎn)高效開采。本文將對(duì)礦井較薄煤層開采技術(shù)的的應(yīng)用進(jìn)行探討。

較薄煤層 綜合機(jī)械化 開采技術(shù) 應(yīng)用

1 工作面概況

1.1 工作面位置及井上下關(guān)系

102綜采工作面為黨家河煤礦首采工作面，位于礦井的東南部，距井底車場(chǎng)200m，北部與一盤區(qū)回風(fēng)大巷相連接，南部與礦界（黃陵一號(hào)煤礦）相鄰，東部和西部均為未開拓區(qū)。工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度1244m，傾向長(zhǎng)度240m。102綜采工作面地面對(duì)應(yīng)位置均為山坡，常見洛河砂巖層被數(shù)十米的黃土所覆蓋。無河流及建筑物，相對(duì)標(biāo)高+1257～+1369m。該工作面煤層底板標(biāo)高為+816～+824m，埋深+441～+545m，由于回采范圍內(nèi)為農(nóng)田和坡地，對(duì)地面設(shè)施無任何影響。

1.2 工作面煤層情況

工作面煤層厚度為1.50～1.70m，平均厚度為1.65m。煤層走向?yàn)镹1°～15°W，傾角0～3°，一般為0.5°。呈黑色，條痕為灰褐色、深棕色及棕黑色，瀝青光澤，斷口為階梯參差狀，呈條帶狀、線理狀結(jié)構(gòu)，具層狀、塊狀構(gòu)造，質(zhì)硬而脆，外、內(nèi)生裂隙較為發(fā)育，并被方解石、黃鐵礦薄膜充填，另煤層中含少量黃鐵礦結(jié)核，中上部以半亮及半暗型煤為主，中下部則以半暗及暗淡型煤為主。屬弱粘煤，密度值為1.37t/m3。

1.3 煤層頂?shù)装?/p>

1.3.1 煤層頂板

偽頂：緊貼煤層，厚度較薄，分布極不均勻，一般小于0.3m，多為砂質(zhì)泥巖、泥巖和粉砂巖，局部見煤屑。

直接頂：厚度分布不均勻，一般厚度9.15～11.21m，平均厚10.2m，多為黑灰色粉砂巖，含植物化石碎片，易碎，水平層理。

老頂：一般厚度為9.9～17.7m，平均厚15m（參見5-1、6-1鉆孔），多為灰白、灰黑色細(xì)粒砂巖和中粒砂巖，主要礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，局部夾粉砂巖、泥巖薄層，局部含植物化石、云母碎片，泥鈣質(zhì)膠結(jié)、板狀層理，呈厚層狀不易垮落。

1.3.2 煤層底板

直接底板：呈灰黑色細(xì)粒砂巖，含植物化石碎片及云母片，成分以石英為主，板狀層理，一般厚度為1.85～3.65m，平均厚為2.80m，易風(fēng)化，遇水膨脹。

老底：以黑、灰黑色細(xì)粒砂巖為主，成分以石英為主，板狀層理，含植物化石碎片及云母片，泥鈣質(zhì)膠結(jié)。

2 采煤方法

2.1 采煤方法

本礦井開采近水平煤層，采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤方法。

2.2 巷道布置

2.2.1 盤區(qū)巷道布置概況

盤區(qū)前期共布置三條開拓巷道，其中+820m水平回風(fēng)大巷擔(dān)負(fù)回風(fēng)任務(wù)； +820m水平膠帶運(yùn)輸大巷擔(dān)負(fù)運(yùn)煤、進(jìn)風(fēng)、行人等任務(wù)；+820m水平輔助運(yùn)輸大巷擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)、行人、運(yùn)料等任務(wù)。

2.2.2 工作面巷道布置概況

102綜采工作面是黨家河煤礦的首采工作面，工作面共除切眼外另布置三條矩形斷面，支護(hù)為錨網(wǎng)、W型鋼帶、錨索聯(lián)合支護(hù)的巷道。102綜采工作面回風(fēng)順槽，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1218m，沿煤層底板布置，巷道規(guī)格為4400×2800mm，凈斷面為12.32m2。擔(dān)負(fù)回風(fēng)、運(yùn)料、行人等任務(wù)。

102綜采工作面主運(yùn)輸順槽，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1251m，沿煤層底板布置，巷道規(guī)格為4400×2800mm，凈斷面為12.32m2。擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)、運(yùn)輸、行人等任務(wù)。

102綜采工作面輔運(yùn)順槽，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1694m，沿煤層底板布置，巷道規(guī)格為4400×2800mm，凈斷面為12.32m2。擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)、運(yùn)料、行人等任務(wù)。

102綜采工作面切眼，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度240m，沿煤層底板布置，矩形斷面，規(guī)格為6000×2300mm。

2.2.3 其他巷道

102綜采工作面主運(yùn)輸順槽和102綜采工作面輔助運(yùn)輸順槽之間布置3條聯(lián)絡(luò)巷，巷道規(guī)格為4400×2800mm，凈斷面為12.32m2。

2.3 采煤工藝

2.3.1 采煤工藝流程

采煤機(jī)由機(jī)頭割三角煤后返刀→移過渡支架、推機(jī)頭→由機(jī)頭向機(jī)尾割煤→跟機(jī)移架→推移工作面前輸送機(jī)→機(jī)尾斜切進(jìn)刀割三角煤→移過渡支架、推機(jī)尾。

2.3.2 采高及循環(huán)進(jìn)度

該工作面采高1.8m±0.1m，循環(huán)進(jìn)度0.8m。

2.3.3 落煤方式

（1）割煤方式：雙向割煤，采煤機(jī)往返一次割兩刀。采用MG2× 200/925-AWD型采煤機(jī)落煤，截深0.8m。

（2）進(jìn)刀方式：端頭割三角煤斜切進(jìn)刀。

（3）進(jìn)刀段長(zhǎng)度：30m。

（4）牽引方式：齒輪銷軌式無鏈電牽引。

（5）牽引速度：4-6m/min。

（6）進(jìn)刀過程：

1）當(dāng)采煤機(jī)割至工作面端頭時(shí)，刮板輸送機(jī)移近煤墻，采煤機(jī)機(jī)身處尚留有一段下部煤如圖a所示。

2）升降搖臂，將前滾筒將下，后滾筒升起，反向牽引，沿刮板輸送機(jī)彎曲段割入煤墻，直至前刮板輸送機(jī)彎曲段移成直線為止如圖b所示。

3）升降搖臂，再次調(diào)換滾筒上下位置，返回割煤至機(jī)頭處如圖c所示。

4）割完三角煤后， 再次調(diào)換滾筒上下位置，反向正常割煤如圖d所示。

2.3.4 裝煤方式

采用MG2*200/925-AWD型采煤機(jī)螺旋滾筒裝煤，人工清理浮煤。

2.3.5 運(yùn)煤方式

煤由工作面SGZ800/1050型刮板輸送機(jī)→SZZ800/315轉(zhuǎn)載機(jī)→102綜采工作面主運(yùn)順槽→+820水平膠帶運(yùn)輸大巷→上倉(cāng)膠帶斜巷→井底煤倉(cāng)→主斜井膠帶輸送機(jī)→地面原煤倉(cāng)。

3 生產(chǎn)系統(tǒng)

3.1 運(yùn)輸系統(tǒng)

3.1.1 運(yùn)煤路線

工作面→102主運(yùn)順槽→+820水平膠帶運(yùn)輸大巷→上倉(cāng)膠帶斜巷→井底煤倉(cāng)→主斜井→地面原煤倉(cāng)。

3.1.2 運(yùn)料路線

副斜井→井底車場(chǎng)→+820水平輔助運(yùn)輸大巷→102輔運(yùn)順槽（102主運(yùn)順槽）→102綜采工作面。

副斜井→井底車場(chǎng)→+820水平輔助運(yùn)輸大→102回風(fēng)順槽→102綜采工作面。

3.2 通風(fēng)系統(tǒng)

3.2.1 通風(fēng)路線

副斜井（主斜井）→+820m水平輔運(yùn)大巷（主運(yùn)大巷）→102主運(yùn)順槽→102綜采工作面→102回風(fēng)順槽→+820m水平回風(fēng)大巷→總回風(fēng)石門→回風(fēng)立井→地面。

3.2.2 工作面風(fēng)量計(jì)算

（1）瓦斯絕對(duì)涌出量計(jì)算：102綜采工作面絕對(duì)瓦斯涌出量取15.02m3/min。102綜采工作面瓦斯的濃度不超過0.8%的要求計(jì)算。

Q采1=125×q絕×K=125×15.02×1.3≈2441m3/min

式中：K—沼氣涌出平均穩(wěn)定系數(shù)，取1.3。

（2）按人數(shù)計(jì)算：Q采2=4N=4×80=320m3/min

式中：N—工作面同時(shí)最多人數(shù)，取80人。

（3）按氣象條件計(jì)算：

式中：Q基本—不同采煤方式工作面所需的基本風(fēng)量，m3/min，

Q基本=60×工作面控頂距×工作面實(shí)際采高×70%×適宜風(fēng)速=60×4.895×1.8×70%×1.0=370.06 m3/min；

K采高—回采工作面采高調(diào)整系數(shù)，取1.1；

K采面長(zhǎng)—回采工作面長(zhǎng)度調(diào)整系數(shù)，取1.4；

K溫—回采工作面溫度與對(duì)應(yīng)風(fēng)速調(diào)整系數(shù)，取1.1。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，工作面配風(fēng)量按2441m3/min進(jìn)行風(fēng)速驗(yàn)算。

（4）風(fēng)速驗(yàn)算：

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，回采工作面最低風(fēng)速0.25m/s，最高風(fēng)速為4m/s的要求進(jìn)行驗(yàn)算。即回采工作面風(fēng)量應(yīng)滿足：

15×Sc≤Q采≤240×Sc

式中：Sc——回采工作面平均斷面，m2（計(jì)算得12.32m2）

代入公式：15×12.32=184.8＜2441

240×12.32=2956.8＞2441

工作面配風(fēng)量設(shè)計(jì)為2441m3/min符合《煤礦安全規(guī)程》要求。施工中，根據(jù)工作面實(shí)際情況，還可由通風(fēng)部門按規(guī)定作適當(dāng)調(diào)整。

4 防塵系統(tǒng)

（1）回風(fēng)順槽：回風(fēng)順槽消防灑水管路采用DN50鋼管，從+820水平輔運(yùn)大巷主消防灑水管路上引入。

（2）主運(yùn)順槽：主運(yùn)順槽消防灑水管路采用DN50鋼管，從+820水平輔運(yùn)大巷主消防灑水管路上引入。

5 應(yīng)用效果

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，本開采技術(shù)方案非常適合較薄煤層礦井地質(zhì)條件，工作面“三機(jī)”配套合理，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，頂板控制可靠，月產(chǎn)量最高達(dá)到13.6萬噸。值得在較薄煤層類似地質(zhì)條件礦井推廣應(yīng)用。