關(guān)于綜采工作面采煤工藝的探討

柳志斌

（同煤集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司， 山西 大同 037024）

引言

在采煤前，對(duì)采煤工藝過程進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，合理確定最優(yōu)的采煤工藝過程至關(guān)重要[1]。而井下各綜采工作面的地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)不盡相同，因此，在采煤工藝設(shè)計(jì)過程中，需結(jié)合該工作面的地質(zhì)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)匹配，以此達(dá)到最佳的開采效果[2]。由此，以永定莊煤業(yè)9105 綜采工作面為分析對(duì)象，針對(duì)性地對(duì)該工作面采煤工藝流程進(jìn)行了分析，并對(duì)采煤工藝操作的過程進(jìn)行了具體說明，通過理論計(jì)算，驗(yàn)證了采用該采煤工藝能達(dá)到該工作面的生產(chǎn)能力需要，這對(duì)后期該綜采工作面的具體施工操作提供了重要的指導(dǎo)價(jià)值[3]。

1 采煤工藝流程及相關(guān)設(shè)備分析

根據(jù)永定莊煤業(yè)9105 綜采工作面中的操作過程及工藝特點(diǎn)，確定了該工作面中采煤工藝的流程及不同類型設(shè)備的選型。

1.1 采煤設(shè)備的啟動(dòng)順序

膠帶輸送機(jī)→清水泵→乳化液泵→破碎機(jī)→轉(zhuǎn)載機(jī)→刮板輸送機(jī)→采煤機(jī)。

1.2 采煤工藝的操作順序

采煤機(jī)從機(jī)頭（尾）斜切進(jìn)刀→割煤、裝煤→推移刮板輸送機(jī)→移架→端頭作業(yè)（移超前支護(hù)、端頭支護(hù)和密集支護(hù)）。

1.3 采煤工藝中的關(guān)鍵設(shè)備

1）落煤設(shè)備：采用MG210/485-PWD 型交流電牽引雙滾筒采煤機(jī)割煤，滾筒截深為600 mm。

2）裝煤設(shè)備：采用SGZ730/400 中雙鏈刮板輸送機(jī)鏟煤板裝煤。

3）運(yùn)煤設(shè)備：工作面采用SGZ730/400 中雙鏈刮板輸送機(jī)運(yùn)煤；運(yùn)輸順槽采用1 部SZZ764/160 轉(zhuǎn)載機(jī)，和兩部DSJ80/40/110 帶式輸送機(jī)運(yùn)煤。

4）工作面支護(hù)：采用ZY3400/8.5/18 掩護(hù)支架進(jìn)行支護(hù)，支架最大高度為1.8 m，最小高度為0.85 m。

2 采煤工藝具體操作過程分析

2.1 進(jìn)刀過程

采煤機(jī)進(jìn)刀方式采用端部斜切進(jìn)刀，斜切進(jìn)刀段長度為30 m，進(jìn)刀深度為0.6 m。當(dāng)端頭頂板破碎時(shí)或不宜端頭進(jìn)刀時(shí)，也可以采用中部斜切進(jìn)刀，具體如下[4]：當(dāng)采煤機(jī)割煤至工作面機(jī)頭時(shí)，其后的輸送機(jī)槽已移近煤壁。調(diào)換兩滾筒上、下位置，前滾筒下降，后滾筒升起，然后沿輸送機(jī)彎曲段反向割入煤壁，直至采煤機(jī)機(jī)身進(jìn)入輸送機(jī)直線段為止，這時(shí)采煤機(jī)已向煤壁推進(jìn)了一個(gè)截深，然后將輸送機(jī)移直。調(diào)換兩滾筒上、下位置，采煤機(jī)重新返回割煤至輸送機(jī)機(jī)頭處，將三角煤割通。煤壁割直后，再次調(diào)換上、下滾筒位置，反向正常割煤。當(dāng)采煤機(jī)割煤至工作面機(jī)尾時(shí)，其后的輸送機(jī)槽已移近煤壁，如圖1 所示。調(diào)換兩滾筒上、下位置，前滾筒下降，后滾筒升起，然后沿輸送機(jī)彎曲段反向割入煤壁，直至采煤機(jī)機(jī)身進(jìn)入輸送機(jī)直線段為止，這時(shí)采煤機(jī)已向煤壁推進(jìn)了一個(gè)載深，然后將輸送機(jī)移直。再調(diào)換兩滾筒上、下位置，采煤機(jī)重新返回割煤至輸送機(jī)機(jī)尾處，將三角煤割通。煤壁割直后，再次調(diào)換上、下滾筒位置，反向正常割煤，如圖2 所示。

2.2 割煤過程

圖1 采煤機(jī)割煤至工作面機(jī)尾示意圖

圖2 采煤機(jī)反向割煤流程圖

割煤是采煤工藝過程的關(guān)鍵工序。針對(duì)該綜采工作面特點(diǎn)，確定了割煤方式為雙向割煤，其流程為：采煤機(jī)由機(jī)頭→機(jī)尾、機(jī)尾→機(jī)頭反復(fù)運(yùn)行。采煤機(jī)沿工作面一次采全高，并同時(shí)完成推移刮板輸送機(jī)、移架等一個(gè)采煤循環(huán)的全過程。采煤機(jī)往返一次進(jìn)兩刀完成兩個(gè)采煤循環(huán)。同時(shí)，在割煤過程中，需注意如下幾點(diǎn)[5]：

1）采煤機(jī)司機(jī)在作業(yè)前要按作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及操作規(guī)程等有關(guān)規(guī)定對(duì)機(jī)組、機(jī)組電纜等情況進(jìn)行全面檢查，消除故障、排除隱患后才可作業(yè)。

2）作業(yè)時(shí)，采煤機(jī)司機(jī)站在支架立柱與電纜槽之間，集中精力進(jìn)行操作，防止?jié)L筒甩出煤矸傷人；除機(jī)組司機(jī)外，機(jī)組前后滾筒5 m 范圍內(nèi)不得有人，防止?jié)L筒甩出煤矸傷人。

3）采煤機(jī)司機(jī)要控制好采高，保證頂?shù)装迤秸?，煤壁垂直。煤層厚度發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)采高做相應(yīng)調(diào)整，不得留頂?shù)酌海厥馇闆r下另外執(zhí)行相關(guān)措施規(guī)定。

4）非緊急情況不得使用機(jī)組操作手把或隔離開關(guān)停機(jī)。在更換截齒時(shí)，必須切斷電源，摘掉滾筒離合器，把操作手把打至零位，閉鎖工作面刮板輸送機(jī)（要求有不少于2 個(gè)起作用的閉鎖鍵處于閉鎖狀態(tài)），并對(duì)煤幫頂板進(jìn)行安全檢查，煤幫無片幫可能的情況，按作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)（包括檢修機(jī)組或在機(jī)組附近作業(yè)）。

2.3 裝運(yùn)煤過程

一般綜采工作面中采用的是滾筒采煤機(jī)自動(dòng)裝煤，其余浮煤由鏟煤板鏟入刮板輸送機(jī)內(nèi)，支架底座及架間浮煤、缺口落下的煤由人工用鐵鍬攉入刮板輸送機(jī)內(nèi)，經(jīng)刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)、9105 進(jìn)風(fēng)巷溜煤眼至一采膠帶大巷皮帶機(jī)，運(yùn)至主斜井煤倉經(jīng)主斜井大傾角帶式輸送機(jī)運(yùn)出地面。

2.4 推溜及移架過程

2.4.1 推溜刮板輸送機(jī)操作

1）滯后采煤機(jī)后滾筒15 m 進(jìn)行推移刮板輸送機(jī)。推移刮板輸送機(jī)時(shí)不能使刮板輸送機(jī)彎曲過大，且彎曲段長度不得小于15 m。

2）推移刮板輸送機(jī)時(shí)應(yīng)互相配合。當(dāng)推移不動(dòng)時(shí)，必須查明原因，妥善處理后再推，嚴(yán)禁硬推。

3）當(dāng)仰采或俯采時(shí)，每一循環(huán)內(nèi)工作面輸送機(jī)上翹或下扎不得超過50 mm。

4）推移刮板輸送機(jī)時(shí)要保證推移步距，若因煤層底板沒有割平，推移刮板輸送機(jī)推不動(dòng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行返刀，確保刮板輸送機(jī)平直。

2.4.2 液壓支架移架操作

移架順序包括：在采煤機(jī)割煤后，先推移刮板輸送機(jī)，后移架。其操作步驟為：

1）工作面移架采用鄰架操縱方式，移架必須依次逐架進(jìn)行，移架步距為600 mm，割煤與移架的間距超過15 m 時(shí)要及時(shí)通知采煤機(jī)司機(jī)放慢割煤速度或停機(jī)等待。

2）操作人員操作移架時(shí)，嚴(yán)禁所移支架內(nèi)及支架兩側(cè)站立人員。

3）在移架降柱時(shí)不宜超過200 mm，并使頂梁處于水平狀態(tài)。

4）移架時(shí)速度要快，移架后支架成一直線，并與底板垂直。

5）移架時(shí)如發(fā)現(xiàn)阻力過大，應(yīng)迅速查明原因，并采取相應(yīng)措施，嚴(yán)禁硬拉。

6）需要調(diào)架和扶正支架時(shí)，在移架過程中，可操作側(cè)護(hù)板千斤頂?shù)冗M(jìn)行調(diào)整。

2.4.3 移端頭支護(hù)及超前支護(hù)

采煤機(jī)割完一個(gè)循環(huán)后移端頭支護(hù)和超前支護(hù)。操作順序?yàn)椋阂瞥爸ёo(hù)→移端頭支護(hù)→移密集支柱→移端頭支架。其中，回柱作業(yè)時(shí)，要至少3 人協(xié)調(diào)配合操作，2 人回單體柱，1 人觀察頂板。同時(shí)，支護(hù)作業(yè)時(shí)必須嚴(yán)格執(zhí)行“敲幫問頂”和“先支后回”制度。

3 采煤工作面正規(guī)循環(huán)量及生產(chǎn)能力的計(jì)算

3.1 正規(guī)循環(huán)量及日產(chǎn)量

3.1.1 工作面正規(guī)循環(huán)產(chǎn)量

式中：W 為正規(guī)循環(huán)生產(chǎn)能力，t；L 為工作面平均長度，取150 m；S 為工作面循環(huán)進(jìn)尺，取1.2 m；h 為工作面設(shè)計(jì)采高，取0.6 m；γ 為煤的質(zhì)量密度，取1.32 t/m3；c 為工作面采出率，取97%。將數(shù)值代入公式計(jì)算得W=138 t。

3.1.2 日產(chǎn)量

日產(chǎn)量=循環(huán)產(chǎn)量×日循環(huán)個(gè)數(shù)=138×4=552 t。

3.2 采煤機(jī)工作面生產(chǎn)能力

式中：Q采為采煤機(jī)工作面實(shí)際生產(chǎn)能力，t/h；M 為采高，取1.2 m；B 為采煤機(jī)寬度，取0.6 m，V 為采煤機(jī)速度，取4 m/s；γ 為煤的視密度，取1.32 t/m3；K 為總時(shí)間利用系數(shù)，取0.4。將數(shù)值代入公式得Q采=91 t/h。

1）刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力700 t/h＞采煤機(jī)生產(chǎn)能力91 t/h，滿足生產(chǎn)。

2）轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)輸能力1 000 t/h＞采煤機(jī)生產(chǎn)能力91 t/h，滿足生產(chǎn)。

3）破碎機(jī)破碎能力1 000 t/h＞采煤機(jī)生產(chǎn)能力91 t/h，滿足生產(chǎn)。

4）皮帶機(jī)運(yùn)輸能力400 t/h＞采煤機(jī)生產(chǎn)能力91 t/h，滿足生產(chǎn)。

根據(jù)以上結(jié)果，全部滿足工作面生產(chǎn)能力。

4 9105 綜采工作面采煤機(jī)參數(shù)計(jì)算

4.1 采煤高度

式中：Mmax為煤層最大厚度，取1.4 m；Mmin為煤層最小厚度，取0.96 m。將數(shù)值代入到公式中計(jì)算得Hmax=1.54～1.68 m；Hmin=0.864～0.912 m。

4.2 滾筒直徑

式中：a 為螺旋滾筒裝煤效率，一般取0.6～0.7。將數(shù)值代入公式計(jì)算得D=0.84～0.98 m。

4.3 截割深度

目前，采煤機(jī)設(shè)計(jì)截深有0.5 m、0.6 m、0.75 m、0.8 m、1.0 m，根據(jù)工作面已選用ZY3400/8.5/18 型支架參數(shù)，為方便頂板管理，采煤機(jī)選用0.6 m 截深。

4.4 采煤機(jī)牽引速度

采煤機(jī)實(shí)際牽引速度根據(jù)工作面生產(chǎn)能力、通風(fēng)量、瓦斯涌出量確定。經(jīng)計(jì)算，采煤機(jī)的牽引速度V≤3.6 m/min。

結(jié)合此理論計(jì)算，并與市場上的采煤機(jī)型號(hào)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，最終選擇MG210/485-PWD 型采煤機(jī)用于此工作面中。

5 結(jié)語

在綜采工作面施工前，對(duì)其采煤工藝過程進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃，是保障煤礦開采過程高效、安全運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，以9105 綜采工作面為分析對(duì)象，對(duì)其采煤工藝流程、采煤具體操作過程進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析，結(jié)合理論計(jì)算，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的采煤工藝及選用的采煤設(shè)備能較好地滿足該工作面的采煤需求，具有一定的可行性。該研究對(duì)保障該工作面的有序、高效、安全操作過程起到了重要指導(dǎo)，也為其他工作面的采煤工藝提供了參考。