薄煤層機采工作面施工工藝實踐

李允生

（臨礦集團武所屯煤礦，山東 滕州 277500）

1 工程概況

武所屯煤礦核定生產(chǎn)能力39萬t/a，井田面積8.556km2，開采深度+49.5m～ -330m。礦井開拓方式為立井單水平下山開拓，采用走向長壁后退式采煤法，全部垮落法管理頂板。

礦井現(xiàn)主采煤層為16煤層，煤層厚度0.64～1.0m，平均厚度 0.83m，煤層傾角 3～8°。16煤直接頂板為十下灰?guī)r，厚度3.40～5.95m，平均厚度4.78m，巖石致密堅硬，平均抗壓強度116.52MPa，底板巖性以砂質(zhì)泥巖為主。地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件中等。礦井自投產(chǎn)以來，16煤回采工作面一直采用炮采工藝。自2017年1月份開始，回采工作面采用機采工藝代替炮采工藝，取得了良好的安全和經(jīng)濟效益。

2 工作面巷道布置

16煤回采工作面，設(shè)計為對拉工作面，工作面由上、中、下三條順槽和上、下切眼組成。順槽和切眼均沿16煤頂板布置，斷面為矩形。

回采工作面上、下順槽巷道凈寬2.5m，凈高1.8m，用于工作面的進(jìn)風(fēng)和行人；中順槽巷道凈寬為3.5m，凈高2.2m，順槽內(nèi)安裝有刮板輸送機、膠帶輸送機、無極繩絞車，用于工作面回風(fēng)、行人和運煤、材料運輸；工作面切眼凈寬2.5m，凈高1.6m，上、下切眼長度均為100～130m。

3 工作面支護設(shè)計

3.1 工作面合理支護強度計算

據(jù)公式：

式中：

Pt-工作面合理的支護強度，kN/m2；

h-工作面采高（按最大），取1.0m；

r-頂板巖石容重，2.5 t/m3；

K-工作面支柱應(yīng)該支護的上覆巖層厚度與采高之比，取8。

將計算結(jié)果（196.2kN/m2）與炮采面實測最大平均支護強度（212kN/m2）對比取大值，選取212kN/m2為工作面合理支護強度。

3.2 支柱實際支撐能力計算

據(jù)公式：

式中：

Rt-支柱的實際支撐能力，kN/棵；

Kg-支柱阻力工作系數(shù)，取0.99；

Kz-支柱本身的增阻系數(shù)，取0.95；

Kb-支柱承載不均勻系數(shù)，取0.9；

Kh-采高系數(shù)，取1.0；

Ka-傾角系數(shù)，小于10°取1.0；

R-支柱額定工作阻力，300kN。

3.3 工作面合理的支護密度計算

據(jù)公式:

式中：

N1-支護密度，根/m2；

Pt-工作面合理的支護強度，212kN/m2；

Rt-支柱實際支撐能力，253.94kN/根。

3.4 柱距、排距的確定

根據(jù)炮采工作面經(jīng)驗，柱距取0.75m，排距取1.20m，驗算支護密度：

式中：

N2-支護密度，根/m2；

a-排距，m；

b-柱距，m。

經(jīng)計算：N2＞N1，確定柱距為0.75m，排距為1.20m，能滿足頂板實際支護強度的需要。

3.5 控頂距的確定

工作面采用三、四排支柱管理頂板，見四回一，最小控頂距為3.8m，最大控頂距為5.0m。

4 機械設(shè)備及支護材料配置

4.1 采煤機選型

（1）滾筒的選擇

①滾筒直徑可按下式計算：

式中：

Hmin-最小采厚為0.9m。

采用雙滾筒，可以一次采全高、雙向采煤、斜切進(jìn)刀，能夠適應(yīng)煤層厚度的變化，機器穩(wěn)定性好。根據(jù)成套裝備適應(yīng)的采高范圍和采煤機有一定的臥底截割能力，在保證截割部強度的基礎(chǔ)上，將滾筒直徑確定為Ф900mm。

②滾筒寬度的確定

根據(jù)工作面支護設(shè)計，將采煤機單刀割煤進(jìn)尺定為600mm，考慮滾筒裝煤效果，滾筒寬度確定為600mm。

（2）過煤空間尺寸的確定

過煤空間尺寸的確定主要是考慮一定塊度的煤（矸）能否順暢通過機身，盡量減少停機分矸的時間，總體平衡采煤機機面高度、裝機功率和過煤空間三者的關(guān)系，確定采煤機機身下面的過煤空間不小于200mm。

（3）機身高度的確定

機身高度確定，根據(jù)采煤機上方支護材料的厚度、頂板下沉及底板起伏情況，同時還要求機身尺寸要短小，以便更好地適應(yīng)煤層起伏。采煤機與運輸機配套機身高度控制在735mm以內(nèi)。

（4）牽引速度

根據(jù)所開采煤層煤矸的分布狀況、硬度及塊度的實際情況，以及薄煤層開采中工人無法以較快的速度跟機操作等客觀因素的限制，采煤機正常割煤時牽引速度選定為1.6～3m/min。

（5）裝機功率的選擇

裝機功率越大生產(chǎn)能力和破煤能力越強?？紤]到需要對硫化鐵結(jié)核和硬夾矸剝離和破碎，在滿足以上配套設(shè)備空間尺寸的前題下，選擇大截割功率的采煤機。根據(jù)上述分析結(jié)果，經(jīng)調(diào)研確定選用MG2×70/325-WD型交流電牽引采煤機。

4.2 工作面運輸設(shè)備

回采工作面上、下面各安裝一部SGB630/264型刮板輸送機，中順槽安裝SGB620/40T型刮板輸送機和SDJ80型膠帶輸送機各一部。

4.3 工作面支護材料

工作面常用單體液壓支柱型號為DZ10、DZ12、DZ14、DZ16、DZ18等規(guī)格，順槽使用DZ22、DZ25、DZ28等規(guī)格單體支柱。工作面使用Ф350mm的鐵質(zhì)圓形柱鞋。工作面使用坑木為半圓鮮雜木：長2.0m，小頭直徑不小于200mm；柱帽木塊規(guī)格：100mm×80mm×50mm。

5 機采回采工藝

回采工藝流程為：煤機端部斜切進(jìn)刀→煤機正常割煤→推移刮板輸送機鏟裝煤→回支臨時支柱→煤機端部斜切進(jìn)刀→煤機正常割煤→推移刮板輸送機鏟裝煤→回支臨時支柱→回支單體支柱和切頂墩柱放頂。

（1）落煤：采用采煤機割煤，一次采全高。工作面采高不小于1.0m，煤層厚度低于1.0m時，見頂割底。

（2）裝煤：采煤機裝煤、刮板輸送機鏟裝相結(jié)合。

（3）運煤：采用刮板輸送機及膠帶輸送機運煤。

（4）進(jìn)刀方式：采煤機的進(jìn)刀采用端部斜切進(jìn)刀的方式，斜切進(jìn)刀段長度為25m，進(jìn)刀深度0.6m。

（5）推移刮板輸送機：采煤機割煤過后，滯后采煤機滾筒不小于15～20m推移刮板輸送機，推移步距0.6m；推移刮板輸送機時，要在輸送機正常運轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行，推移機頭、機尾時，必須停機閉鎖，保持推移刮板輸送機的彎曲長度不小于15m，嚴(yán)禁出現(xiàn)急彎，推移后的刮板輸送機要達(dá)到平、直、穩(wěn)的要求，推移輸送機時自上（下）向下（上）依次推移，多人合作（三人以上），嚴(yán)禁從兩端向中間推移。

（6）回支柱、放頂：采煤機割第一刀推移完刮板輸送機后，緊靠刮板輸送機支設(shè)一排臨時單體支柱，柱距1.5m，排距0.6m；割第二刀推移完刮板輸送機后，緊靠刮板輸送機支設(shè)基本單體支柱，柱距0.75m，排距1.2m；基本支柱支設(shè)距離大于15m（推移輸送機與采煤機割煤距離不小于15m，支柱與采煤機割煤距離不小于15m）時開始回柱放頂，回柱放頂采用自下而上、分組依次順序式，放頂步距1.2m，每組至少兩人，組間距不小于15m。

工作面單體支柱排距1.2m，柱距0.75m，采用三、四排管理頂板，見四回一。最大控頂距四排支柱（5.0m），最小控頂距三排支柱（3.8m）。工作面如遇頂板破碎、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造時，采用加密單體支柱加半圓木的方式對頂板進(jìn)行加強支護。

6 結(jié)束語

（1）薄煤層工作面實行機械化采煤后，降低了職工的勞動強度，減少了工作面的勞動定員，提高了回采工作面的勞動效率。

（2）機采使用采煤機割煤，不再使用危險性較大炸藥、雷管，降低了作業(yè)危險度，杜絕了殘爆、拒爆現(xiàn)象的發(fā)生，安全性大大提高。

（3）薄煤層機采代替炮采工藝，降低了職業(yè)健康危害，有利于職工身心健康。