綜采工作面兩巷頂煤回收技術(shù)研究

摘 要：在進(jìn)行較高的綜采工作面進(jìn)風(fēng)巷以及回風(fēng)巷厚度較大的煤層開采過程中，通常由于受到開采工藝以及開采技術(shù)、設(shè)備的限制，通常對(duì)這兩巷頂煤就不再進(jìn)行回收。為了提高煤炭的采收率，以現(xiàn)有高綜采工作面為研究對(duì)象，開采過程中充分利用現(xiàn)有設(shè)備并進(jìn)行開采工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)兩巷頂煤的回收。并制定最終的兩巷頂煤回收方案。

關(guān)鍵詞：綜采工作面;進(jìn)風(fēng)巷回風(fēng)巷;頂煤回收

目前，針對(duì)煤礦資源回收方面的研究，存在很多技術(shù)以及管理方面的研究成果。在回收技術(shù)研究方面，主要針對(duì)開采空間的改變，通常針對(duì)工作面的改進(jìn)，主要是在長(zhǎng)寬高立體方向上向著三維擴(kuò)大的趨勢(shì)進(jìn)行發(fā)展。工作面寬度由原有的100m左右發(fā)展到目前的240m、300m、360m甚至450m;工作面開采高度由原有的0.6m逐步發(fā)展到1.3m、3.5m，到如今的4m、5m、6.3m，甚至發(fā)展到最寬的7m;而綜采工作面高度已經(jīng)達(dá)到了20m的高度;工作面的推進(jìn)距離由最早的1000m左右逐漸能夠?qū)崿F(xiàn)6000m甚至更多;并且在相鄰的兩個(gè)工作面之間實(shí)現(xiàn)了保護(hù)煤柱體積逐漸變小，甚至可以沒有保護(hù)煤柱的技術(shù)。在管理方面的研究成果主要是配合生產(chǎn)的管理制度的進(jìn)一步完善。

在對(duì)厚以及特厚煤層的開采過程中，由于使用了綜合機(jī)械化開采工藝，使得在開高度上目前可以達(dá)到了7m的高度，并且可以實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)360m綜采工作面長(zhǎng)度開采，可以實(shí)現(xiàn)5.2m高無煤柱開采，并且已經(jīng)開始普遍運(yùn)用1-5m區(qū)間內(nèi)的小煤柱開采工藝。以上開采工藝技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)綜采工作面的高回采率具有非常大的作用。但是，以上這些技術(shù)對(duì)于綜采工作面高于兩巷的工作面來說，都無法實(shí)現(xiàn)兩巷頂煤的回收，造成了煤炭開采的極大浪費(fèi)，另外還增加了煤礦中出現(xiàn)煤炭自燃現(xiàn)象的發(fā)生率。

目前兩巷頂煤無法進(jìn)行回收的主要原因有技術(shù)原因以及設(shè)備原因。技術(shù)上主要是由于兩巷位置為應(yīng)力的疊加區(qū)域，此區(qū)域的礦壓構(gòu)成較復(fù)雜，對(duì)頂板的維護(hù)工作存在一定的難度;設(shè)備上主要是由于目前使用的設(shè)備沒有配套專用設(shè)備進(jìn)行回收兩巷頂煤。針對(duì)以上原因，本文將根據(jù)現(xiàn)有綜采工作面進(jìn)行兩巷頂煤回收技術(shù)的研究。

1 綜采工作面兩巷頂煤回收技術(shù)研究

1.1 巷道布置情況

現(xiàn)有的綜采工作面寬度為311m，可以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)長(zhǎng)度為4614m，共有三條巷道。其中的回風(fēng)巷主要作為回風(fēng)以及輔助運(yùn)輸巷道，巷道的寬度為5.6m，高度為4m;另外的運(yùn)輸巷主要作用是作為開采煤炭的輸送巷道，巷道的寬度為6m，高度為4.3m，巷道設(shè)置了帶式輸送機(jī)以及移變列車;第三條巷道為輔助運(yùn)輸巷道，主要完成煤礦工具等輔助性材料的運(yùn)輸，巷道的寬度為5.4m，高度為4.3m。三條巷道都是沿著煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)的，采用聯(lián)合支護(hù)進(jìn)行巷道支撐。

1.2 設(shè)備布置情況

綜采工作面使用的液壓支架的型號(hào)為ZY18000/32/70，使用的采煤機(jī)的型號(hào)為SL1000，使用的刮板運(yùn)輸機(jī)的型號(hào)為3*1600/2.05，所使用的轉(zhuǎn)載機(jī)型號(hào)為DBT700/350，破碎機(jī)的型號(hào)與轉(zhuǎn)載機(jī)型號(hào)相同，使用的端頭架的型號(hào)為ZYT18000/28/55D，共有六臺(tái)相同信號(hào)端頭架，過渡架的型號(hào)為ZYG18000/32/70D，共使用4臺(tái)型號(hào)形同的過渡架，另外所使用的機(jī)尾型號(hào)為ZFDC35400/27/47。

1.3 端頭過渡情況

綜采工作面的總體設(shè)計(jì)采高為6.8m，在向兩端巷道進(jìn)行過渡的過程使用垂直過渡的形式，也就是通過在綜采工作面的兩端過渡支架上方安裝比較大的側(cè)護(hù)板實(shí)現(xiàn)，從而使的過渡架以及端頭架頂梁之間出現(xiàn)一定的高度差，這樣就實(shí)現(xiàn)了垂直過渡。

2 綜采工作面兩巷頂煤回收技術(shù)方案

2.1 兩巷頂煤回收方案

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備以及采煤工藝，為了能夠?qū)崿F(xiàn)通風(fēng)巷及回風(fēng)巷頂煤的回收，需要對(duì)現(xiàn)有設(shè)備以及采煤工藝進(jìn)行優(yōu)化。定沒回收包括通風(fēng)巷頂煤回收以及回風(fēng)巷頂煤回收。采煤機(jī)在進(jìn)行采煤行走過程中由于受到刮板運(yùn)輸機(jī)的影響，導(dǎo)致行走至機(jī)頭位置時(shí)無法繼續(xù)進(jìn)行，并且由于采煤機(jī)滾筒與機(jī)頭電機(jī)的相互影響，不能滿足割煤高度要求，另外進(jìn)行割煤過程中容易形成堆積導(dǎo)致刮板機(jī)頭與機(jī)巷副幫形成空間狹小無法通行。對(duì)于通風(fēng)巷頂煤的回收需要進(jìn)行設(shè)備改進(jìn)以及工藝優(yōu)化工作量較大，本文只針對(duì)回風(fēng)巷頂煤回收進(jìn)行研究，并且提出兩種回風(fēng)巷頂煤回收方案。

方案一：回風(fēng)巷頂煤完全回收。為了實(shí)現(xiàn)回風(fēng)巷頂煤的完全回收，需要對(duì)采煤機(jī)要比進(jìn)行加長(zhǎng)或者對(duì)刮板運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，使其得到延長(zhǎng)，另外還需要將端頭支架進(jìn)行更換，可以利用中部支架。通過這種改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)回風(fēng)巷頂煤的完全回收，實(shí)現(xiàn)較高的回采率。但是此種方案同時(shí)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：①通過采煤機(jī)搖臂的加長(zhǎng)導(dǎo)致?lián)u臂受力改變，使得搖臂的穩(wěn)定性受到影響，導(dǎo)致采煤機(jī)滾筒進(jìn)行截割作業(yè)時(shí)強(qiáng)度降低，并且進(jìn)行搖臂加長(zhǎng)改造需要較長(zhǎng)時(shí)間及經(jīng)費(fèi)成本;②如果通過加長(zhǎng)刮板運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)會(huì)造成機(jī)尾安全出口面積變小，容易造成安全出口不暢導(dǎo)致無法推移的現(xiàn)象;③機(jī)尾頂煤完全實(shí)現(xiàn)回收，使得安全出口上方的頂板不能得到安全支護(hù)，將可能造成安全隱患。

方案二：回風(fēng)巷頂煤部分回收。在部分回收頂煤方案中，只是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)滾筒截割剩余最后一架以及安全出口上方，剩余頂煤不回收，也就是對(duì)于現(xiàn)有的5.8m巷道回收長(zhǎng)度大概為3m頂煤。利用這種部分回收方案，可以利用設(shè)備充分，并且改造較少，只需要將機(jī)尾最后第二及第三架替換成端頭支架，另外需要將采煤機(jī)的供電電纜延長(zhǎng)。這種方案同樣存在缺點(diǎn)，就是無法實(shí)現(xiàn)全部回收，采空區(qū)仍會(huì)遺留部分頂煤。

2.2 需解決的問題

根據(jù)上述指定的兩套方案，在進(jìn)行頂煤回收過程需要解決以下主要問題。

2.2.1 設(shè)備改造

需要進(jìn)行端頭之間進(jìn)行改造，另外需要對(duì)采煤機(jī)的限位距離進(jìn)行重新定位;由于機(jī)尾第一架位置的頂煤不進(jìn)行回收，因此仍使用原有支架，而機(jī)尾第二架以及第三架需要更換成端頭支架，并且需要安裝加長(zhǎng)護(hù)幫板，另外需要在第二架位置進(jìn)行大側(cè)護(hù)板的安裝，從而實(shí)現(xiàn)頂板的垂直過渡;為了實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)在向機(jī)尾運(yùn)動(dòng)過程中能夠具有足夠的距離實(shí)現(xiàn)回風(fēng)巷頂板截割，需要將采煤機(jī)的測(cè)限位進(jìn)行移動(dòng)，并且能夠保證足夠長(zhǎng)度的供電電纜，如圖1所示為所需要進(jìn)行布置的機(jī)尾支架位置。

2.2.2 頂板支護(hù)改進(jìn)

在進(jìn)行頂煤回收之前，回風(fēng)巷頂板保持的比較完整， 另外進(jìn)行巷道掘進(jìn)過程頂板可以保證足夠的支撐強(qiáng)度，因此支架可以選用普通超前之間，目前使用的可以滿足2650-4700mm高度的支護(hù)，工作阻力能夠滿足3000kN，可以實(shí)現(xiàn)14.4m的支護(hù)長(zhǎng)度，寬度上可以達(dá)到4.6m，可以實(shí)現(xiàn)1000mm的推移距離。如圖2所示為工作面機(jī)尾超前支護(hù)的安裝示意圖。超前支護(hù)需要安裝在距離端頭之間前梁3m的距離處，機(jī)尾推進(jìn)兩次以后需要進(jìn)行一次超前之間的向前移動(dòng)操作。機(jī)尾的安全出口采用的是單排單體支護(hù)，彼此之間距離為1.5m?；仫L(fēng)巷頂煤實(shí)現(xiàn)部分回收以后，頂板會(huì)出現(xiàn)臺(tái)階，為了盡量少的移動(dòng)超前支架，其后護(hù)板與頂板位置出現(xiàn)的臺(tái)階位置需要保持3m左右的距離。

2.2.3 鐵器管理

在進(jìn)行兩巷頂煤回收的過程中需要對(duì)原有的頂板支護(hù)進(jìn)行破壞，從而導(dǎo)致支護(hù)的部件進(jìn)入運(yùn)輸系統(tǒng)中，這對(duì)于刮板機(jī)鏈條以及輸送機(jī)的皮帶容易造成損壞，因此對(duì)鐵器的管理十分重要?？梢酝ㄟ^暫停作業(yè)進(jìn)行鐵器回收或者將頂板支護(hù)的材料進(jìn)行替換，更換成塑料材質(zhì)的不易破損設(shè)備的支護(hù)，從而在頂煤回收過程可以利用截割機(jī)直接進(jìn)行截割作業(yè)，而無需考慮對(duì)運(yùn)輸、洗選系統(tǒng)的影響。

2.2.4 頂煤運(yùn)輸問題

在對(duì)回風(fēng)巷頂煤進(jìn)行截割以后，煤炭掉落到下方機(jī)尾電機(jī)以及機(jī)尾框架位置，如果直接掉落就會(huì)對(duì)其造成破壞，從而影響工作面繼續(xù)作業(yè)，為了能夠避免影響，可以通過在刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾位置安裝特制的擋煤板進(jìn)行防護(hù)，頂煤掉落以后直接掉落到擋煤板進(jìn)入運(yùn)輸機(jī)，滿足運(yùn)輸要求。

3 結(jié)論

在進(jìn)行進(jìn)風(fēng)巷以及回風(fēng)巷頂煤的回收方案制定時(shí)，回風(fēng)巷的空間較大、需要改造的設(shè)備較少，容易實(shí)現(xiàn)頂煤的回收，另外頂煤回收的主要難點(diǎn)在于頂板支護(hù)以及鐵器的維護(hù)、回收工作，需要對(duì)頂板支護(hù)的材質(zhì)進(jìn)行合理選擇，從而實(shí)現(xiàn)頂煤回收過程的高效化，最終實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)的高采收率。

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作者簡(jiǎn)介：

彭亮（1984- ），男，湖南省衡東縣人，本科，（2013.1）山西大同大學(xué)，采煤助理工程師，通風(fēng)監(jiān)測(cè)工，機(jī)電技術(shù)員。