高產(chǎn)高效綜放面回采工藝的研究

梁永躍

（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

煤炭作為我國(guó)的主體能源，按照當(dāng)前使用率和其他能源的開發(fā)現(xiàn)狀來看，在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤炭依然在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。作為煤礦企業(yè)而言，最為關(guān)注的問題是工作面的產(chǎn)煤效率。影響綜采工作面煤炭生產(chǎn)效率的因素包括有綜采設(shè)備的可靠性、自動(dòng)化程度、采煤工藝與工作面地質(zhì)水文條件、煤層特點(diǎn)等是否匹配等[1]。總的來說，工作面所采用的采煤工藝和綜采設(shè)備與工作面特征相適應(yīng)的程度是決定煤炭開采是否高效、高產(chǎn)的關(guān)鍵。本文將著重對(duì)提升工作面高產(chǎn)高效的采煤工藝進(jìn)行研究。

1 工程概況

以和順新大地煤業(yè)有限公司3 號(hào)煤層工作面為研究對(duì)象，3 號(hào)煤層的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，其煤層最大傾角為12°，最小傾角為4°。工作面煤層的平均厚度為8.2 m，且煤層相對(duì)穩(wěn)定。3 號(hào)煤層的頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 3 號(hào)煤層頂?shù)装迩闆r

經(jīng)對(duì)3 號(hào)煤層工作面的礦井壓力進(jìn)行測(cè)量得到如下規(guī)律：

1）工作面頂煤初次垮落的步距為6.5 m；老頂初次來壓的步距為35.6 m，工作面的動(dòng)載荷系數(shù)為1.29；工作面老頂周期來壓的步距為10 m，動(dòng)載荷系數(shù)為1.21。

2）工作面老頂初次來壓時(shí)最大壓力為4 612 kN，且平均壓力為4 012 kN；工作面老頂周期來壓時(shí)的最大壓力為4 131 kN，平均周期壓力為3 817 kN。

2 影響工作面高產(chǎn)高效的因素分析

綜采工作面的采煤效率備受煤礦企業(yè)的關(guān)注，目前已有很多學(xué)者針對(duì)該方向進(jìn)行大量研究。經(jīng)研究可將影響綜采工作面煤炭高產(chǎn)高效生產(chǎn)的因素總結(jié)如下：

1）提升綜采工作面配套綜采設(shè)備的可靠性。綜采設(shè)備作為煤炭生產(chǎn)的主體，其工作效率直接影響工作面的產(chǎn)煤效率。因此，應(yīng)根據(jù)綜采工作面地質(zhì)水文、頂?shù)装逡约懊簩拥惹闆r對(duì)綜采設(shè)備進(jìn)行選型配套，提升綜采設(shè)備的可靠性，減少其出現(xiàn)故障的時(shí)間，從而提升綜采設(shè)備的開機(jī)率，實(shí)現(xiàn)提升產(chǎn)量的目的[2]。

2）增加采煤機(jī)的截割深度。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可根據(jù)工作面情況適當(dāng)增加采煤機(jī)的截割深度。目前，我國(guó)采煤機(jī)的截割深度一般在0.8～1 m，而在實(shí)際生產(chǎn)中截割深度僅為0.6 m。實(shí)踐表明，當(dāng)截割深度為0.8 m 時(shí)，相對(duì)截割深度為0.6 m 時(shí)循環(huán)產(chǎn)量可提高33%。

3）提高工作面的推進(jìn)速度。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，采煤機(jī)的牽引速度和液壓支架推溜、移架的速度決定工作面的推進(jìn)速度，進(jìn)而決定著工作面的采煤效率[3]。因此，在合理的情況下可適當(dāng)?shù)靥嵘擅簷C(jī)的速度和液壓支架的推溜、移架速度。

4）保障綜采設(shè)備的生產(chǎn)能力。工作面綜采設(shè)備的匹配程度對(duì)提升綜采工作面的采煤效率具有決定性作用。一般來說，工作設(shè)備的能力應(yīng)以1.1～1.2 倍的基數(shù)上逐漸增大。

3 綜采工作面液壓支架的高產(chǎn)高效配套

液壓支架作為綜采工作面的主要支護(hù)設(shè)備，選型時(shí)主要考慮工作面的地質(zhì)條件，其次應(yīng)考慮液壓支架的推溜、移架速度[3]。液壓支架的選型主要是確定液壓支架高度、推移步距、支護(hù)強(qiáng)度、工作阻力等參數(shù)。

3.1 液壓支架高度參數(shù)的確定

液壓支架高度的確定需綜合考慮頂板管理和采放比是否合理。采煤機(jī)一般采高為2.8～3 m。綜合考慮巷道支護(hù)、采放比以及高產(chǎn)高效的要求，將液壓支架的最大支護(hù)高度設(shè)為3.5 m，則對(duì)應(yīng)的合理采放比為1.75。

3.2 推移步距參數(shù)的確定

當(dāng)采煤機(jī)截割深度為0.6 m 時(shí)，需采用二刀煤放一次頂煤的采煤工藝；當(dāng)采煤機(jī)截割深度為1 m時(shí)，可采用一刀煤放一次頂煤的采煤工藝。為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的目的，設(shè)定采煤機(jī)截割的截割深度為0.8 m，則對(duì)應(yīng)的支架推移步距為0.9 m。

3.3 工作阻力參數(shù)的確定

結(jié)合支護(hù)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的目的，將支護(hù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)為0.8 MPa，經(jīng)式（1）計(jì)算后，得出所需的工作阻力：

式中：P為液壓支架的工作阻力；Qz為液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度，取0.8 MPa；Lk為液壓支架的控頂距離，取0.34 m；Ld為液壓支架的頂梁長(zhǎng)度，取4.85 m；B為液壓支架的中心距離，取1.5 m。經(jīng)計(jì)算，液壓支架的工作阻力為6 228 kN。

綜上所述，所選型液壓支架的參數(shù)如表2 所示。

表2 液壓支架參數(shù)

4 綜采工作面輸送機(jī)的高產(chǎn)高效配套

刮板輸送機(jī)的配套原則主要有兩點(diǎn)。第一點(diǎn)為刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力與采煤機(jī)的采煤機(jī)能力相匹配，一般相對(duì)采煤機(jī)留有1.1 倍的余量；第二點(diǎn)為刮板輸送機(jī)作為液壓支架推溜、移架的輔助設(shè)備，其需與液壓支架相配套。

結(jié)合液壓支架的參數(shù)，選用刮板輸送機(jī)的型號(hào)為SGZ900/750，該型號(hào)刮板輸送機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)如表3 所示。

刮板輸送機(jī)確定后，與其相配套的輔助設(shè)備有轉(zhuǎn)載機(jī)、錘式破碎機(jī)和自移裝置[4]。根據(jù)所選型刮板輸送機(jī)的參數(shù)，得到其輔助設(shè)備的型號(hào)及參數(shù)如表4 所示。

表3 SGZ900/750 刮板輸送機(jī)參數(shù)

表4 輸送機(jī)輔助設(shè)備參數(shù)

自移裝置ZY-3000 皮帶寬度為1 200 mm，小車行程為3 000 mm

5 應(yīng)用效果

高效高產(chǎn)采煤效率是煤礦企業(yè)生產(chǎn)的主要目標(biāo)。因此，為工作面設(shè)計(jì)相匹配相配套的回采工藝是十分有必要的。煤炭綜采設(shè)備的選型為采煤工藝的實(shí)施的關(guān)鍵，尤其確保所選型設(shè)備與工作面相匹配[5]。經(jīng)實(shí)踐表明，基于上述選型思路所選的液壓支架、刮板輸送機(jī)及其輔助設(shè)備的應(yīng)用效果總結(jié)如下：

1）液壓支架在應(yīng)用時(shí)整體受力情況良好，維修方便，能夠有效降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，且具有較高的移架速度和推溜速度，從而提升了工作面的放煤速度。

2）所選型刮板輸送機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用證明其質(zhì)量是非常可靠的，且煤炭最高運(yùn)輸量為200 169 t，與其相配套使用的轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)以及自移裝置均能夠充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力，具備年產(chǎn)量在500 萬t的生產(chǎn)能力。