機(jī)械化原巷充填設(shè)備及“三機(jī)”匹配研究

亢澤凱

（西山煤電集團(tuán)公司安全管理部， 山西 太原 030053）

引言

針對(duì)巷道埋藏深度較大且煤層條件復(fù)雜的工作面，采用傳統(tǒng)的巷道回采工藝主要存在工作面超前應(yīng)力較大、回采率低及維護(hù)困難的問題。為此，有些煤礦采用原巷充填的理念對(duì)煤層進(jìn)行開采，此種方式具有支撐力強(qiáng)、封閉效果好及實(shí)現(xiàn)了區(qū)段間無(wú)煤柱接替開采的優(yōu)點(diǎn)，顯著提升了工作面的回采率[1]。但是，目前原巷充填工藝的實(shí)施主要存在作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、充填效率低的問題，嚴(yán)重影響了綜采工作面的生產(chǎn)效率。本文重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)原巷充填的自動(dòng)化生產(chǎn)，并針對(duì)性地完成“三機(jī)”的匹配選型。

1 17181 綜采工作面概況

本文以17181 綜采工作面為例開展研究，該工作面煤層厚度4～8 m，平均煤層厚度為6 m；工作面的軸向長(zhǎng)度為1290 m，其中傾斜工作面的長(zhǎng)度為203 m；工作面煤層的傾角范圍為6°～10°，平均傾角為7°。17181 工作面的頂?shù)装宓刭|(zhì)條件如表1 所示。

表1 17181 綜采工作面頂?shù)装宓刭|(zhì)條件

通過前期數(shù)值模擬分析可知，17181 綜采工作面采用原巷充填采煤工藝的對(duì)應(yīng)巷道在垂直方向的應(yīng)力減小，且頂板的下沉量減小。從整體上看，17181 綜采工作面采用原巷充填采煤工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工作面圍巖狀態(tài)更加穩(wěn)定性的控制。本文重點(diǎn)對(duì)機(jī)械化原巷充填采煤工藝對(duì)應(yīng)設(shè)備的配套及實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證，以從實(shí)踐層面驗(yàn)證原巷充填采煤工藝應(yīng)用的可行性和有效性。

2 機(jī)械化原巷充填采煤工藝

原巷充填，指的是通過注漿泵和相應(yīng)的管路將充填材料輸送至順槽或運(yùn)輸槽充填模箱的位置，所形成的充填體與原巷內(nèi)支護(hù)共同形成了巷道的“人工支護(hù)”設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)原巷充填采煤工藝的機(jī)械化生產(chǎn)，采用相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備替代傳統(tǒng)充填工藝中的人工搬運(yùn)和充填材料的拆裝等工序；同時(shí)，將傳統(tǒng)的人工立模改為機(jī)械化充填模箱[2]。此外，為進(jìn)一步提升原巷充填的機(jī)械化工藝，還需對(duì)采煤的空間和時(shí)間進(jìn)行合理搭配。

機(jī)械化原巷充填采煤工藝的流程如下：采煤機(jī)截割煤層→移動(dòng)液壓支架→移動(dòng)機(jī)械化充填模箱和支?！瓿沙涮畈牧系某浞?jǐn)嚢琛_啟充填泵→完成充填操作→完成工作面巷道的超前支護(hù)→繼續(xù)開展截割煤層的任務(wù)。機(jī)械化原巷充填采煤工藝除了生產(chǎn)必需的采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架外，還包括皮帶上料機(jī)、拆包機(jī)、攪拌設(shè)備等充填涉及的機(jī)械設(shè)備[3]。

2.1 充填設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型

鑒于巷道空間相對(duì)較小，而且相對(duì)潮濕，因此，在為充填采煤工藝匹配充填設(shè)備時(shí)需考慮到防潮處理和材料的分類堆放。結(jié)合當(dāng)前業(yè)內(nèi)關(guān)于充填設(shè)備的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)對(duì)自動(dòng)上料機(jī)、自動(dòng)拆包卸料機(jī)、自動(dòng)配料裝置、充填模箱及自移式超前液壓支架進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1.1 自動(dòng)上料機(jī)

所設(shè)計(jì)的自動(dòng)上料機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 自動(dòng)上料機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1 所示，自動(dòng)上料機(jī)主要包括底座、立桿、氣缸、電控箱、大臂、氣動(dòng)馬達(dá)、小臂及抓手。在實(shí)際應(yīng)用中可采用遙控器對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2.1.2 自動(dòng)拆包卸料機(jī)

自動(dòng)拆包卸料機(jī)的主要功能為對(duì)充填材料的包裝進(jìn)行拆除，并完成自動(dòng)卸料功能。根據(jù)17181 工作面巷道實(shí)際情況，需要為其配置處理30 t/h 充填材料的設(shè)備，對(duì)應(yīng)設(shè)備的功率為13.5 kW；為保證快速卸料，要求自動(dòng)拆包卸料機(jī)的卸料功能能夠提供0.40～0.63 MPa 的氣壓，實(shí)現(xiàn)充填材料的快速卸載。

2.1.3 充填泵

充填泵為原巷充填采煤工藝的主要設(shè)備，其主要將充填材料通過管路運(yùn)輸至所需的區(qū)域。本工程所選型充填泵的型號(hào)為ZBYSB300-90/5-15。

2.1.4 機(jī)械化充填模箱

機(jī)械化充填模箱是保證原巷充填采煤工藝高自動(dòng)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。對(duì)于不同巷道，需要為其設(shè)計(jì)專用的機(jī)械化充填模箱，其大體結(jié)構(gòu)主要包括前模箱、千斤頂、雙耳側(cè)模及活動(dòng)擋板。本工程中所配置機(jī)械化充填模箱的具體型號(hào)為TM25-35/20-32。

2.1.5 自移式超前液壓支架

自移式超前液壓支架也是實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化、高效率生產(chǎn)的關(guān)鍵部件，其能夠帶動(dòng)機(jī)械化充填模箱根據(jù)工作面的推進(jìn)自移；自移式超前液壓支架的應(yīng)用可極大地減小作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步提升巷道的回采效率，同時(shí)解決傳統(tǒng)由人工拖拽充填模箱導(dǎo)致的充填效率偏低問題。本工程所配套自移式超前液壓支架的具體型號(hào)為ZQL2*4000-27/56。

綜上，本工程所選用機(jī)械化原巷充填采煤工藝的充填關(guān)鍵設(shè)備的選型結(jié)果和主要參數(shù)如表2 所示。

表2 關(guān)鍵充填設(shè)備選型及主要參數(shù)

2.2 “三機(jī)”匹配選型

結(jié)合17181 巷道的設(shè)計(jì)情況，并綜合充填設(shè)備的選型結(jié)果，最終為17181 巷道所配置“三機(jī)”的具體型號(hào)及主要參數(shù)如表3 所示。

表3 “三機(jī)”匹配選型結(jié)果

3 機(jī)械化原巷充填采煤工藝效果

1）17181 巷道采用機(jī)械化原巷充填采煤工藝后，每月可推進(jìn)工作面160 m，對(duì)應(yīng)煤炭產(chǎn)量為15 萬(wàn)t；傳統(tǒng)采煤工藝每月推進(jìn)工作面113 m。

2）機(jī)械化原巷充填采煤工藝的應(yīng)用，極大地縮減了工作面的作業(yè)人員數(shù)量，具體表現(xiàn)為：上料人數(shù)由15 人縮減為3 人，超前支護(hù)人員數(shù)量由10 人縮減為3 人，充填人數(shù)由4 人縮減為1 人。

3）采用機(jī)械化原巷充填采煤工藝，對(duì)應(yīng)成本每推進(jìn)1 m 減少4250 元。

4 結(jié)語(yǔ)

1）通過數(shù)值模擬分析得出，機(jī)械化原巷充填采煤工藝完全適用于17181 巷道的生產(chǎn)。

2）通過實(shí)踐表明，為17181 巷道配置合理的充填設(shè)備和采煤設(shè)備，可極大地提升巷道的采煤效率，降低現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的數(shù)量，降低回采的成本。