煤礦最佳回采工藝的選擇及設(shè)備選型

李志杰

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)和順新大地煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 032700）

引言

煤炭作為一種不可再生能源，在未來很長一段時間內(nèi)依然在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。為了確保煤炭產(chǎn)量與工業(yè)生產(chǎn)及人們生活的需求相適應(yīng)，需對煤炭的開采技術(shù)、工藝以及綜采設(shè)備的生產(chǎn)能力進(jìn)行不斷優(yōu)化改進(jìn)。我國煤炭儲量主要集中在山西、貴州、內(nèi)蒙古等地，由于地理位置的不同各個煤層的情況各不相同。目前，我國所開采煤層占據(jù)比例最大的為緩傾斜煤層，其次為傾斜煤層，最后為急傾斜煤層[1]。其中，由于當(dāng)前采煤工藝及采煤技術(shù)的局限性，針對緩傾斜煤層中的薄煤層和極薄煤層開采受到制約，造成工作面煤炭無法得到百分之百的開采，進(jìn)而造成能源的浪費(fèi)。因此，針對薄煤層和極薄煤層的開采需為其設(shè)計最佳回采工藝，使得煤炭資源得到充分開采。

1 工程概況

以和順新大地煤業(yè)有限公司某工作面3 號煤層為研究對象，3 號煤層的主要情況如下所述：

1）3 號煤層厚度為5.55～5.80 m，平均厚度為5.68 m，局部含夾矸一層，厚度0.33～0.35 m，平均厚度為0.34 m。

2）工作面地質(zhì)構(gòu)造情況：工作面以南106.9～202.5 m，工作面以東27～228.6 m 位置發(fā)育有KX48陷落柱；二次解釋顯示該陷落柱發(fā)育于工作面以南83.5～193.2 m，2205 外切眼東幫以東20～197.4 m 位置。根據(jù)打鉆探測結(jié)果顯示：該陷落柱東邊界距內(nèi)切眼西幫為178 m，西邊界距內(nèi)切眼西幫為317 m，預(yù)計陷落柱長軸143 m，短軸68 m，陷落柱不富水，不導(dǎo)水。

3）工作面瓦斯、火、煤塵情況：經(jīng)工作面實測，瓦斯含量為7.236 2 m3/t，可解吸瓦斯含量為4.834 0 m3/t，不易自燃。地溫小于26 ℃，屬于正常地溫，無熱害危險。

4）工作面地質(zhì)水文情況：根據(jù)瞬變電磁勘探結(jié)果顯示，工作面掘進(jìn)范圍上方發(fā)育有一處3 號煤頂板富水異常區(qū)。預(yù)計正常涌水量為2 m3/h，最大涌水量為7 m3/h。該工作面屬于承壓開采區(qū)域，3 號煤底板標(biāo)高為+443.0～+455.0 m，和順新大地煤業(yè)有限公司奧灰水水位標(biāo)高為＋639 m，承壓184.0～196.0 m高水柱，隔水層厚度為141.87 m，突水系數(shù)為0.023 MPa/m，進(jìn)行掘進(jìn)工程時要引起高度重視。

2 工作面綜采回采工藝的可行性研究

目前，3 號煤層工作面一直采用綜采回采工藝或普通機(jī)械化采煤設(shè)備進(jìn)行回采。但是，采用上述兩種回采工藝并未取得預(yù)期的效果，導(dǎo)致工作面的產(chǎn)煤效率太低[2]。經(jīng)分析導(dǎo)致上述問題的主要原因為3 號煤層的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變，而且3 號煤層薄煤層所占比例較大，整個工作面煤層的變化較大。就綜合機(jī)械化回采工藝在3 號煤層的應(yīng)用，有如下問題無法解決：

1）3 號煤層工作面的向斜構(gòu)造和背斜構(gòu)造多，斜構(gòu)造形式如圖1 所示。

由于上述向斜構(gòu)造多，只有將刮板輸送機(jī)安裝到向背斜構(gòu)造的軸部才能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)輸任務(wù)，而刮板輸送機(jī)無法實現(xiàn)較大角度的向上彎曲和向下彎曲。因此，3 號煤層向背斜構(gòu)造多的原因?qū)е虏擅簷C(jī)無法來回移動。

2）該工作面煤層厚度的變化范圍較大，且薄煤層所占比例較大。當(dāng)在生產(chǎn)中遇到薄煤層時，無法實現(xiàn)采煤機(jī)的移動和液壓支架的平移。而且，當(dāng)生產(chǎn)過程中遇到頂板破碎帶時，難以對頂板進(jìn)行支護(hù)，進(jìn)而容易出現(xiàn)漏頂?shù)氖鹿拾l(fā)生[3]。

3）工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝要求上下巷處于平行的狀態(tài)，從而保證工作面長度相對穩(wěn)定。但是，3 號煤層工作面無法實現(xiàn)上巷和下巷的平行，需盡可能地減少運(yùn)輸設(shè)備的臺數(shù)，否則需通過改變原有巷道的方向，提升工作面的采煤效率。緊接著，改變原有巷道的方向造成了3 號煤層工作面長度的不穩(wěn)定，無形增加了綜采回采工藝的開采成本，提升了綜采回采工藝的施工難度。

4）由于3 號煤層薄煤層所占比例較大，而針對薄煤層的液壓支架類型較少。而且，3 號煤層開采時采高變化較大，目前尚未有采高變化大的液壓支架。綜上所述，3 號煤層采用綜合機(jī)械化回采工藝是不現(xiàn)實的、不合理的。因此，擬采用普通機(jī)械化回采工藝或炮采回采工藝對其進(jìn)行開采[4]。

3 最佳回采工藝確定及設(shè)備選型

為保證最終所選擇回采工藝為最適合3 號煤層工作面的特點(diǎn)，從開采效率、頂板管理勞動量以及資源回收率方面對普采和炮采回采工藝的優(yōu)劣性進(jìn)行對比。

3.1 最佳回采工藝的確定

1）頂板管理勞動量方面的對比。當(dāng)采用炮采回采工藝時，需對3 號煤層工作面采用三排五柱的支護(hù)方式，排柱的間距分別為1.2 m 和0.8 m，回采率為97%。經(jīng)計算可知，基于炮采回采工藝每生產(chǎn)1 萬t煤的平均回柱量為5 814 棵。當(dāng)采用普采回采工藝時，需對3 號煤層工作面采用四排六柱的支護(hù)方式，排柱的間距分別為0.8 m 和0.8 m，回采率為97%。經(jīng)計算可知，基于炮采回采工藝每生產(chǎn)1 萬t 煤的平均回柱量為8 712 棵。綜上所述，炮采回采工藝能夠有效減少工作面頂板支護(hù)的管理勞動力，有效縮短循環(huán)時間。

2）開采效率方面的對比。對于普通煤層工作面而言，基于炮采回采工藝的產(chǎn)量低于基于普采回采工藝的產(chǎn)量。而對于3 號煤層的特點(diǎn)而言，基于炮采回采工藝的產(chǎn)量高于基于普采回采工藝的產(chǎn)量。而且，普采的事故率較高。基于炮采回采工藝，采用三班倒的工作制度，每班產(chǎn)量為251 t，則每天的產(chǎn)量為751 t，則每個月的理論產(chǎn)量為22 590 t。按照炮采循環(huán)率為90%計算，則基于炮采回采工藝的實際月產(chǎn)量為20 331 t。而普采回采工藝的循環(huán)率為70%，每月的實際產(chǎn)量僅為17 535 t。因此，基于炮采回采工藝每月比普采回采工藝多2 796 t，按照每噸煤的價格為340 元。則，炮采回采工藝每月可多盈利2 796×340=950 640 元。綜合對比分析炮采回采工藝和普采回采工藝開采效率和頂板支護(hù)管理的勞動量，炮采回采工藝均優(yōu)于普采回采工藝[5]。因此，針對3 號煤層的特點(diǎn)與其對應(yīng)的最佳回采工藝為炮采回采工藝。

3.2 最佳回采設(shè)備的選型

根據(jù)該工作面的煤層特點(diǎn)及所選擇的工藝，為其選擇最為合適的綜采設(shè)備。液壓支架和刮板輸送機(jī)與工作面特點(diǎn)相關(guān)性大。因此，此處完成對液壓支架和刮板輸送機(jī)的選型，液壓支架型號為ZF56200-18，刮板輸送機(jī)型號為SGZ900/750，其參數(shù)分別如表1、表2 所示。

表1 ZF56200-18 液壓支架選型參數(shù)

表3 SGZ900/750 刮板輸送機(jī)選型參數(shù)

4 結(jié)語

煤礦工作面所選用的回采工藝是決定該工作面生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。因此，不同采煤工作面需綜合對比分析其煤層、地質(zhì)水位、地質(zhì)構(gòu)造等情況，從當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的綜合機(jī)械化化回采、普通機(jī)械化回采以及炮采回采工藝中選擇最佳的采煤工藝，以達(dá)到工作面的產(chǎn)煤效率最高、頂板管理勞動量最小、生產(chǎn)成本最小等目的。本文針對3 號煤層薄煤層比例較大的特點(diǎn)，最終選擇最佳回采工藝為炮采。