綜采面末采收尾機軌分離技術(shù)的實踐與應(yīng)用

白景浩，李海彬，宋 俊

(1.國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司察哈素煤礦；2.國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司察哈素煤礦選煤廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017029)

國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司察哈素煤礦31采區(qū)有2-2、3-1等2個主要可采煤層。參照《緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類》(MT554-1996)和煤層頂板巖性綜合分析3-1煤層頂?shù)装迩闆r：煤層直接頂為1b，屬不穩(wěn)定頂板；基本頂?shù)某醮蝸韷寒?dāng)量平均值為1 113.89KN/m2，屬Ⅳa級；煤層底板較軟。

31采區(qū)3-1煤層布置厚煤層綜采面，煤層內(nèi)采用連續(xù)前進式開采順序；綜采面采用走向長壁式采煤法，后退式采煤，采用大采高一次采全高綜合機械化采煤工藝，自然垮落法管理采空區(qū)頂板。

由于各綜采面之間采用的是連續(xù)前進式開采順序，再加上3-1煤層直接底為0.5m～2.0m的泥巖、炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖，且含有0.4m～0.8m不等厚度的高嶺土巖層，使得綜采面回風(fēng)順槽在經(jīng)受了相鄰的上一個綜采面回采期間的周期來壓影響之后，其回風(fēng)順槽礦壓顯現(xiàn)明顯，底板底鼓頻繁，不利于布置設(shè)備列車。因此，設(shè)備列車均布置在膠運順槽。

1 綜采面機軌合一布置方式及末采收尾中存在的問題

當(dāng)前，以國家能源集團神華神東煤炭集團下屬煤礦為主的大型井工煤礦，多采用機軌合一布置方式，即設(shè)備列車和單軌吊管線吊掛裝置均布置在膠運順槽內(nèi)，并與膠運順槽內(nèi)靠近綜采面開采幫布置的帶式輸送機平行。進風(fēng)巷機軌合一布置方式，可以大大減少回風(fēng)順槽內(nèi)機電設(shè)備布置數(shù)量，使綜采面在生產(chǎn)時實現(xiàn)專用回風(fēng)巷管理。不僅如此，綜采面進風(fēng)巷粉塵濃度極低，設(shè)備受粉塵污染的程度也比較低，維護也比較便利，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)也比較簡單。

1.1 膠運順槽機軌合一巷道布置

以該礦31311綜采面為例，見圖1、2。綜采面寬度290.08m，理論推進長度為4 310m，31311膠運順槽與相鄰的下一個綜采面的31313回風(fēng)順槽之間的煤柱寬度為35m，兩條順槽之間每隔350m布置一條聯(lián)絡(luò)巷；每個順槽內(nèi)的煤柱側(cè)，相鄰的兩條聯(lián)絡(luò)巷之間均勻布置3個調(diào)車硐室；31311膠運順槽內(nèi)，帶式輸送機里側(cè)安全距離為0.7m，帶式輸送機與設(shè)備列車之間的安全距離為0.6m，人行道寬度1.27m，設(shè)備列車長度約200m，其內(nèi)單軌吊最短長度70m，轉(zhuǎn)載破碎機長度約50m。

圖1 膠運順槽機軌合一布置方式示意

圖2 31311膠運順槽斷面

1.2 機軌合一巷道在綜采面末采收尾中存在的問題

以該礦31311綜采面為例進行說明，見圖3。31311綜采面煤柱保護線，即理論停采線位置，距離31采區(qū)輔助膠運大巷(東西段)不足160m，而這160m內(nèi)還包括31311膠運順槽帶式輸送機機頭硐室90m。

圖3 31311綜采面末采收尾位置示意

確定實際停采線位置時，需要考慮轉(zhuǎn)載破碎機(50m)、單軌吊(最短長度70m)和設(shè)備列車(200m)等三大因素。從圖3中可以明顯看出，理論停采線與卷帶聯(lián)巷之間的距離遠遠不能滿足布置轉(zhuǎn)載破碎機、單軌吊和設(shè)備列車的需要。

按照傳統(tǒng)設(shè)計理念，31311綜采面實際停采線位置將定于31311膠運順槽卷帶聯(lián)巷以里320m的位置，即綜采面將損失掉251.73m的有效推進長度，損失可采煤量約53.47萬t，降低了綜采面的回采率。不僅如此，若31311綜采面減少251.73m的有效推進長度，意味著其服務(wù)年限將減少20d以上，這對該礦3-1厚煤層采掘接續(xù)也不利。

2 綜采面末采機軌分離技術(shù)的實踐應(yīng)用

針對機軌合一巷道在綜采面末采收尾中存在的不足之處，該礦先后進行了多種模擬試驗。

2.1 常規(guī)的機軌分離方法

第一種方法：設(shè)計施工專用措施聯(lián)巷，將設(shè)備列車逐步分離出膠運順槽，并存放在31313回風(fēng)順槽開口段內(nèi)，這將損失掉122.1m的有效推進長度；沿起伏段移設(shè)設(shè)備列車時無安全保證；阻擋了進出綜采面的主要運輸路線，這對綜采面回撤作業(yè)也極為不利。

第二種方法：設(shè)計施工專用措施聯(lián)巷，將設(shè)備列車逐步分離出膠運順槽，并存放在31313回風(fēng)繞道內(nèi)，這將損失掉160.9m的有效推進長度；一是影響巷道通風(fēng)斷面，二是31313回風(fēng)繞道擴修工程需要一個月以上。

以上兩種方法，都是將設(shè)備列車從綜采面前進方向逐步分離出31311膠運順槽，卻都因順槽開口段有效空間太小，而不能顯著降低綜采面有效推進長度損失量。

2.2 新的機軌分離技術(shù)

現(xiàn)場調(diào)研期間該礦發(fā)現(xiàn)，若能實現(xiàn)設(shè)備列車向采空區(qū)方向轉(zhuǎn)彎，就能夠?qū)⒃O(shè)備列車全部存儲在31313綜采面的輔助回撤通道內(nèi)。這樣一來，單軌吊的影響處理起來就簡單多了，綜采面有效推進長度損失量可以降到最小化(見圖4)。

圖4 機軌分離技術(shù)巷道布置示意

將設(shè)備列車向采空區(qū)方向轉(zhuǎn)彎117°以上需要解決三個問題：①新掘一條圓弧措施聯(lián)巷；②確定措施聯(lián)巷圓弧半徑；③優(yōu)化31313輔助回撤通道設(shè)計圖以滿足移設(shè)和存儲設(shè)備列車的需要。其中，措施聯(lián)巷的圓弧半徑的選擇是關(guān)鍵。通過多次調(diào)研和模擬試驗(見圖5)后，該礦最終確定了措施聯(lián)巷的圓弧半徑，其余巷道設(shè)計和優(yōu)化工作也都迎刃而解。

圖5 模擬試驗現(xiàn)場

2.3 新的機軌分離技術(shù)的實踐應(yīng)用

該礦于2017年11月完成了相關(guān)圖紙的設(shè)計和優(yōu)化，于2018年3月前完成了相關(guān)巷道的全部掘進任務(wù)和準備工作。

2019年2月18日，31311綜采面進入末采收尾階段：設(shè)備列車分6次由措施聯(lián)巷逐步分離出了31311膠運順槽，并最終全部存儲在了31313輔助回撤通道內(nèi)；措施聯(lián)巷內(nèi)的單軌吊管線直接落地后貼幫放置，待設(shè)備列車完全進入到31313輔助回撤通道內(nèi)以后，繼續(xù)沿31311膠運順槽鋪設(shè)單軌吊，其中一段單軌吊管線仍需要落地并緊貼31311膠運順槽幫部放置，待綜采面貫通31311主回撤通道后，整個末采收尾工作結(jié)束；設(shè)備列車進入措施聯(lián)巷前，設(shè)備列車電纜車盤上需要提前儲存約260m的高壓電纜，設(shè)備列車經(jīng)過的沿線，需要提前鋪設(shè)一路供水管路，移設(shè)設(shè)備列車期間將儲存的高壓電纜重新展開并敷設(shè)好即可。

新的末采收尾機軌分離技術(shù)的成功實踐應(yīng)用，使得31311綜采面的有效推進長度損失量由251.73m減少至33.37m，由此，實際多采出原煤58.3萬t，實際增加31311綜采面回采周期29d。

3 效果對比

采用了機軌合一布置方式的綜采面，當(dāng)理論停采線距離順槽巷道口的空間不能滿足設(shè)備列車、單軌吊和轉(zhuǎn)載破碎機等設(shè)備所需時，傳統(tǒng)的處理方法需要損失掉較多的綜采面有效推進長度，造成煤炭資源浪費，降低了綜采面回采率。

新的綜采面末采收尾機軌分離技術(shù)恰好能夠彌補上述不足，將綜采面有效推進長度損失量降至最低，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。

仍以該礦31311綜采面為例：新技術(shù)多采出原煤58.3萬t，增加回采周期29d；按噸煤利潤150元計算，僅多采出的原煤直接經(jīng)濟效益就高達8 745萬元，而項目投入尚不足70萬。

4 結(jié)束語

由國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司察哈素煤礦自主設(shè)計完成的綜采面末采收尾機軌分離技術(shù)，能夠顯著降低綜采面有效推進長度損失量，進而減少了煤炭資源浪費，提高了綜采面回收率和回采周期，而項目投入極低。

綜采面末采收尾機軌分離技術(shù)已經(jīng)申請了國家實用新型專利(“一種設(shè)備列車與膠運順槽分離的礦井綜采工作面”，專利號ZL201821245711.5)，可供具有相同需求的井工煤礦及相關(guān)企業(yè)應(yīng)用參考，無論直接經(jīng)濟效益還是間接經(jīng)濟效益，都非常顯著。