滾筒采煤機(jī)平衡采煤工藝的設(shè)計與應(yīng)用

梁云云

（晉能集團(tuán)王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600）

引言

目前，隨著采煤技術(shù)及綜采設(shè)備自動化水平的不斷提升，綜采工作面的采煤效率得到顯著提升。但是，影響綜采工作面采煤效率的因素眾多，其中有一項就是工作面采煤機(jī)掘進(jìn)速度、回采速度以及錨桿支護(hù)速度的匹配程度，三者速度的匹配程度越高對應(yīng)工作面的采煤效率也越高[1]。為進(jìn)一步提升采煤機(jī)的采煤效率，提高采煤機(jī)的回采率，本文對采煤機(jī)掘進(jìn)速度、回采速度以及錨桿支護(hù)速度等進(jìn)行分析，并以最大化提升采煤機(jī)回采速度為目標(biāo)對掘進(jìn)速度和錨桿支護(hù)速度進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)采煤機(jī)的平衡開采。

1 工程概況

某煤礦的煤層埋藏深度為167～392 m，工作面的總長度為1 250 m，其中傾斜工作面的長度為156 m。工作面整體呈現(xiàn)單斜構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，且工作面煤層的平均傾角為9°。經(jīng)現(xiàn)場勘測可知：工作面煤層的厚度范圍為5.2～5.6 m，煤層的平均厚度為5.4 m；且工作面煤層的厚度均勻，屬于易采煤層，煤層屬于中硬煤層。該工作面的頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

目前，該煤礦共包含有三條工作巷道，且每條巷道之間的間距為20 m，每條巷道的平均長度為800 m。根據(jù)工作面巷道的開采情況將其分為已掘巷道、已采支巷；待掘巷道、待采支巷以及輔助的煤炭運輸巷道和輔助運輸巷道及其相關(guān)的回風(fēng)巷道。經(jīng)現(xiàn)場勘測可得：工作面巷道的平均寬度為4.6 m，當(dāng)前所采用的支護(hù)方式如圖1 所示。

表1 某煤礦某工作面頂?shù)装迩闆r

圖1 工作面巷道支護(hù)斷面示意圖（單位：mm）

目前，工作面參與生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備如表2 所示。

表2 關(guān)鍵綜采設(shè)備統(tǒng)計

目前，某工作面采用三班倒的工作機(jī)制。其中兩個半班主要任務(wù)為生產(chǎn)，其余半個班的主要任務(wù)為檢修。工作面對應(yīng)的掘進(jìn)速度為9 m/h，期間共可掘進(jìn)出的平均煤量為2 190 t；工作面當(dāng)前支護(hù)速度為6 m/h，工作面當(dāng)前回采速度為140 t/h。

2 采煤工藝的平衡設(shè)計

若要進(jìn)一步提升采煤機(jī)的回采效率，需將掘進(jìn)速度、支護(hù)速度以及回采速度三者相互平衡，進(jìn)而促使回采效率達(dá)到最大[2]。因此，本節(jié)將本著最大化提升回采效率的原則對其相匹配的支護(hù)速度和掘進(jìn)速度進(jìn)行平衡設(shè)計。

2.1 掘進(jìn)速度與支護(hù)速度的平衡設(shè)計

經(jīng)計算可知，采煤每班回采所需時間為2.5 h，對應(yīng)的掘進(jìn)機(jī)時間為5 h，支護(hù)時長為7.5 h，每班之間的交辦時間為0.5 h，三班之間的交班時間總共為1.5 h。鑒于在實際生產(chǎn)過程中均是由巷道掘進(jìn)機(jī)直接進(jìn)入支巷回采的工藝中，且采煤機(jī)電纜的長度能夠滿足設(shè)備推進(jìn)所需的長度，需增加電纜長度，從而延長了采煤機(jī)調(diào)整時間。因此，每班在交接完成工作后首先開始掘進(jìn)機(jī)工作，當(dāng)所掘進(jìn)巷道滿足采煤機(jī)工作需求且采煤機(jī)電纜長度適當(dāng)時才進(jìn)入回采巷道開展回采任務(wù)。期間，應(yīng)著重關(guān)注支護(hù)所需的時間，應(yīng)盡可能地減少回采的工作量。

2.2 工作面巷道與支巷掘進(jìn)長度的平衡設(shè)計

工作面與支巷掘進(jìn)機(jī)長度的差異通過以下三個方面實現(xiàn)：

1）在分支巷道貫通之前，掘進(jìn)支巷的每個班應(yīng)工作兩個循環(huán)。對于采煤機(jī)而言，每班應(yīng)工作五個循環(huán)，其中第一個循環(huán)和第四個循環(huán)應(yīng)為掘進(jìn)支巷，其余第二、第三以及第五個循環(huán)為掘進(jìn)機(jī)工作面巷道[3]?；谏鲜龉に嚹軌蚪鉀Q采煤機(jī)電纜長度不夠從而影響其掘進(jìn)機(jī)速度的問題。

2）當(dāng)工作面掘進(jìn)支巷和回采支巷通過支巷聯(lián)絡(luò)巷道貫通后，可實現(xiàn)采煤機(jī)在巷道完成支護(hù)任務(wù)后從回采工作面直接進(jìn)入掘進(jìn)工作面；期間，采煤機(jī)的工作狀態(tài)以支巷的掘進(jìn)任務(wù)為主，回采任務(wù)為輔?；谏鲜龉に嚕纱_保采煤機(jī)從回采狀態(tài)直接進(jìn)入掘進(jìn)狀態(tài)。

2.3 工作面掘進(jìn)機(jī)及回采進(jìn)度的動態(tài)平衡設(shè)計

1）當(dāng)采煤機(jī)掘進(jìn)至超前支巷一個聯(lián)絡(luò)巷的位置時，對應(yīng)支巷也需掘進(jìn)至聯(lián)絡(luò)巷的同樣位置，以保證巷道與支巷之間調(diào)機(jī)距離相對較近。

2）當(dāng)工作面的回采支巷與掘進(jìn)支巷對應(yīng)的聯(lián)絡(luò)巷貫通時，要求回采支巷在對應(yīng)聯(lián)絡(luò)巷相對靠里的位置存在有足夠的可供回采的煤量[4]。當(dāng)錨桿支護(hù)設(shè)備在掘進(jìn)支巷進(jìn)行支護(hù)任務(wù)時，采煤機(jī)可通過聯(lián)絡(luò)巷從掘進(jìn)機(jī)支巷中移機(jī)至回采支巷中，從而避免采煤機(jī)處于空載狀態(tài)運行，提高了采煤機(jī)的效率。

3 平衡采煤工藝應(yīng)用效果分析

將平衡采煤工藝用于某煤礦工作面的實際開采掘進(jìn)機(jī)任務(wù)中，并與原采煤工藝下掘進(jìn)、回采以及支護(hù)工作環(huán)節(jié)的效率進(jìn)行對比，具體對比結(jié)果如表3所示。

表3 不同采煤工藝下采煤效率對比 h

如表3 所示，傳統(tǒng)采煤機(jī)工藝每班掘進(jìn)所需時長為7.5 h，而對其采煤機(jī)工藝進(jìn)行改造后對應(yīng)的每班掘進(jìn)時長縮短為5 h，為采煤機(jī)的回采贏得了2.5 h。綜合分析，在平衡采煤工藝的推動下，在巷道掘進(jìn)過程中已完成一部分煤層的回采，從而導(dǎo)致巷道的集中回采時間由原20.6 h 降低為如今的9.2 h；對于工作面的支護(hù)效率而言，在傳統(tǒng)采煤機(jī)工藝下工作面所需支護(hù)時間為30.4 h，而采用平衡采煤工藝對應(yīng)的所需的支護(hù)時間為36.5 h。

綜合分析，平衡采煤工藝的應(yīng)用大大提升了工作面巷道的掘進(jìn)、回采以及支護(hù)效率，且提高了采煤機(jī)的應(yīng)用效率，避免其大量時間處于停機(jī)狀態(tài)[5]。

4 結(jié)論

綜采工作面采煤效率與采煤設(shè)備自動化水平及采煤技術(shù)相關(guān)，除此之外還與工作面采煤機(jī)的回采速度、推進(jìn)速度以及錨桿支護(hù)速度等參數(shù)的匹配程度相關(guān)。因此，可從最大限度地匹配采煤機(jī)回采速度、推進(jìn)速度以及錨桿速度的契合度提升工作面的采煤效率，對此本文提出平衡采煤工藝，總結(jié)如下：

1）通過實現(xiàn)掘進(jìn)速度與錨桿支護(hù)速度的平衡設(shè)計，解決工作面掘進(jìn)機(jī)及回采進(jìn)度的動態(tài)平衡達(dá)到采煤機(jī)的平衡采煤工藝。

2）經(jīng)實踐驗證可得，采用平衡采煤工藝相比傳統(tǒng)采煤工藝而言，大大提升了工作面巷道的掘進(jìn)、回采以及支護(hù)效率，且提高了采煤機(jī)的應(yīng)用效率，避免其大量時間處于停機(jī)狀態(tài)。