辛置煤礦2-211綜采工作面設(shè)計(jì)

王琦

（蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司望云煤礦分公司，山西 晉城 048400）

1 煤礦概況

辛置煤礦2-211工作面地面位于洪洞縣境內(nèi)，北面距上跑蹄村約340 m，南面距小二洼約1 600 m，東面距跑蹄工業(yè)廣場約1 200 m，西南面距南溝村1 500 m；地表多為平原、陡坎，無任何建筑物,黃土覆蓋平均厚度266 m，基巖平均厚度134 m。工作面所采2號(hào)煤層，煤層穩(wěn)定，傾角范圍2°～6°，平均為4°；煤層平均厚度4.1 m，煤層結(jié)構(gòu)1.51（0.3）0.83（0.15）1.31。該煤屬于肥煤，容重1.35 t/m3。工作面絕對(duì)瓦斯涌出量0.73 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量0.28 m3/t，為低瓦斯煤層；煤塵具有爆炸性，煤層自燃等級(jí)為Ⅰ級(jí)。

2 采煤方法及回采工藝

2-211工作面采用走向長壁后退式綜采一次采全高采煤方法。采用雙滾筒采煤機(jī)自開缺口，工作面兩端頭斜切進(jìn)刀，刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，支撐掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板，全部跨落法處理采空區(qū)[1]。

2-211工作面采用一次采全高的采煤方式。工藝流程為割煤、裝煤→運(yùn)煤→移架（端頭維護(hù)）→推溜→清煤。在割煤時(shí)，采用端頭斜切進(jìn)刀的方式。即采煤機(jī)的機(jī)頭進(jìn)入后，要調(diào)整整個(gè)滾筒的位置，使皮帶輸送機(jī)逐漸平行于煤壁，從而有效地運(yùn)輸煤炭。在采煤機(jī)停止后，要調(diào)整滾筒的位置，反向切割三角煤，直至將三角煤割完。考慮到切割完成后，煤層底板上會(huì)有大量的浮煤不利于工作面機(jī)械設(shè)備的放置。為此，需要根據(jù)浮煤的量采用人工的方式進(jìn)行清理。在進(jìn)行支護(hù)頂板時(shí)，要及時(shí)地對(duì)支架進(jìn)行操作。待工作面切割完成后，要收回支架伸出的掩護(hù)梁。為了控制煤壁片幫對(duì)開采的影響，要嚴(yán)格控制掩護(hù)梁與煤壁的距離。通常情況下，輸送機(jī)要滯后工作面煤壁20 m，以保證輸送機(jī)彎曲段的曲率大于20 m。

2-211工作面掘進(jìn)、回采期間原煤運(yùn)輸主要采用膠帶運(yùn)輸機(jī)從工作面轉(zhuǎn)運(yùn)至地面煤倉。具體運(yùn)煤路線如下：2-211工作面SGZ1000/1400型中雙鏈可彎曲刮板輸送機(jī)→PCM-110型破碎機(jī)→SZZ-1000/132型轉(zhuǎn)載機(jī)→SDJ-1000/160×2膠帶輸送機(jī)→3310二采區(qū)皮帶巷→310水平皮帶巷→南區(qū)煤庫→540大巷→出井。

2-211工作面掘進(jìn)、回采期間所使用設(shè)備、材料的運(yùn)輸主要采用絞車、大巷電機(jī)車轉(zhuǎn)運(yùn)至工作面。具體輔助運(yùn)輸路線如下：地面→540大巷→南區(qū)副暗斜井→450大巷→310副暗斜井→310大巷→310二采區(qū)軌道巷2-211工作面。

工作面掘進(jìn)、回采期間工作人員通過立井罐籠、乘坐大巷人車、步行等方式入（升）井作業(yè)。具體行人路線如下：井上→跑蹄立井→6號(hào)站臺(tái)→310二采區(qū)軌道巷→310二采區(qū)皮帶巷→2-211工作面。

3 綜采工作面設(shè)備的選型及安裝

3.1 設(shè)備的選型

根據(jù)工作面條件和回采工藝的要求，結(jié)合我礦生產(chǎn)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)選用MG650/1630-WD采煤機(jī)，其主要參數(shù)：采高2.2～4.2 m，截深800 mm，普氏硬度（f）≤4，煤層傾角≤35°。根據(jù)工作面頂?shù)装鍘r性、底板比壓、煤層厚度及有關(guān)生產(chǎn)資料，工作面支護(hù)選用ZY9000/24/45型掩護(hù)式液壓支架，其主要參數(shù)：支撐高度2.4～4.5 m，支架寬度1.66～1.86 m，支架初撐力7 916 kN（31.5 MPa），支護(hù)強(qiáng)度1.06 MPa，移架步距800 mm。支架布置：工作面長168 m，總共需要安裝支架112架。

支架承壓力計(jì)算[2]：

式中：ρn為額定支護(hù)強(qiáng)度下限kN/m2；Hm為煤層最大采高，取4.28 m；Lp為基本頂周期來壓步距，取14.6 m；Bc為控頂寬度(端面距加頂梁長度)，取5 385 mm；N為充填系數(shù)（直接頂厚度/采高=5/4.1=1.22）。

經(jīng)過計(jì)算，液壓支架的額定支護(hù)強(qiáng)度ρn=729.9 kN/m2=0.73 MPa。查看支架技術(shù)特征表得出，工作面所需支架實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度小于選用液壓支架的額定支護(hù)強(qiáng)度（0.93 MPa）。

根據(jù)工作面所選采煤機(jī)的技術(shù)參數(shù)選用SGZ1000/1400型刮板輸送機(jī)1部。根據(jù)工作面推進(jìn)長度和循環(huán)產(chǎn)量選用SJJ1000/160×2型1部，SDJ-1000/2×90型3部，安裝于工作面皮帶順槽。根據(jù)工作面循環(huán)產(chǎn)量，選用SZZ-1000/375型轉(zhuǎn)載機(jī)。

3.2 設(shè)備的安裝

液壓支架、采煤機(jī)、系列車、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)等設(shè)備運(yùn)輸路線為：地面→540大巷→南區(qū)副暗斜井→450大巷→310副暗斜井→310軌道→二采區(qū)軌道巷→2-211工作面安裝點(diǎn)。

在進(jìn)行設(shè)備安裝時(shí)，要根據(jù)工作面巷道周圍情況，選擇合適的機(jī)電設(shè)備運(yùn)輸方式。對(duì)于大型機(jī)電設(shè)備要拆開后運(yùn)輸，例如液壓支架、采煤機(jī)等。而對(duì)于小型機(jī)電設(shè)備，則可以整體運(yùn)輸。

根據(jù)工作面布置狀況及工作面運(yùn)輸路線，整個(gè)工作面的設(shè)備安裝順序?yàn)橄劝惭b轉(zhuǎn)載機(jī)、膠帶輸送機(jī)，工作面回采側(cè)幫安工作面運(yùn)輸機(jī)，運(yùn)輸機(jī)側(cè)后安支架，運(yùn)輸機(jī)上安采機(jī)。安裝液壓支架時(shí)，第一架緊靠回風(fēng)順槽回采煤壁一幫布置，逐架沿切眼依次排列安裝，直至皮帶順槽。電氣設(shè)備距工作面為50 m，設(shè)備列車之間采用硬連接，其間配電點(diǎn)電纜吊掛選用單軌吊鉤。兩巷超前維護(hù)各20 m，使用DZ-3.5（4.2）單體支柱。

運(yùn)輸機(jī)長度、位置的確定：①工作面運(yùn)輸機(jī)伸出切眼的距離，應(yīng)附合與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接長度要求；②運(yùn)輸順槽內(nèi)各設(shè)備的安裝關(guān)系：即順槽內(nèi)設(shè)備中線確定以后，應(yīng)符合設(shè)備最突出部分與支護(hù)間的安全間隙，非行人側(cè)不小于0.5 m，行人側(cè)不小于0.8 m；③與運(yùn)輸機(jī)相配套的液壓支架和其它形式配合的支護(hù)形式；應(yīng)保證對(duì)工作面兩端頂板的有效控制與支護(hù)，根據(jù)SGZ-1000/1400運(yùn)輸機(jī)的有關(guān)參數(shù)，工作面運(yùn)輸機(jī)總長度170 m。工作面運(yùn)輸機(jī)頭、機(jī)尾分別在皮帶順槽、回風(fēng)順槽中的位置。為了保證工作面能自開缺口，便于皮帶順槽內(nèi)留有足夠的人行道，工作面運(yùn)輸機(jī)頭端線與轉(zhuǎn)載機(jī)中線相距100 mm，據(jù)此排列運(yùn)輸機(jī)，機(jī)尾超出回風(fēng)順槽邊線500 mm。

液壓支架組數(shù)的確定：根據(jù)SGZ-1000/1400運(yùn)輸機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架三者的尺寸配合關(guān)系，結(jié)合回采過程中對(duì)工作面頂板的控制程度，本工作面采用ZY9000/24/45型液壓支架，按照每節(jié)運(yùn)輸機(jī)標(biāo)準(zhǔn)中間槽連接1道支架，機(jī)頭、機(jī)尾過渡槽上各連接2道，機(jī)頭、機(jī)尾各連接1道的原則，工作面共需安裝26/96架支架。

轉(zhuǎn)載機(jī)長度確定：工作面采用SZZ-764/132型轉(zhuǎn)載機(jī)，全長約37 m，運(yùn)輸機(jī)頭端線距轉(zhuǎn)載機(jī)中線100 mm，轉(zhuǎn)載機(jī)尾鏈輪軸線距運(yùn)輸機(jī)中線930 mm。

皮帶機(jī)長度的確定：根據(jù)工作面現(xiàn)狀，運(yùn)輸順槽采用SDJ-1000/160×2型膠帶輸送機(jī)。

4 工作面實(shí)際需要風(fēng)量計(jì)算

根據(jù)2-211臨近工作面的回采過程以及掘進(jìn)過程中瓦斯的涌出情況，預(yù)計(jì)2-211工作面在回采過程中瓦斯絕對(duì)涌出量最大為0.58 m3/min。工作面通風(fēng)方式采取U型通風(fēng)系統(tǒng)，即皮帶順槽進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)順槽回風(fēng)。新鮮風(fēng)流線路:跑蹄進(jìn)風(fēng)井→310水平皮帶巷→二采區(qū)皮帶巷→2-211運(yùn)輸巷→2-211工作面。乏風(fēng)流線路：2-211工作面→2-211回風(fēng)巷→2-211回風(fēng)巷回風(fēng)聯(lián)巷→二采區(qū)回風(fēng)巷→310水平回風(fēng)巷→跑蹄回風(fēng)井。

4.1 根據(jù)氣象條件需要風(fēng)量計(jì)算[3]

式中：Qc為采煤工作面實(shí)際需風(fēng)量，m3/min；Vc為采煤工作面所需的基本風(fēng)速1.0 m/s；為采煤工作面的平均斷面積，15 m2；Kcg為采煤工作面采高調(diào)整系數(shù)，工作面采高4.1 m，取1.2；Kcmc為采煤工作面長度調(diào)整系數(shù)，工作面長45 m和170 m分別取0.8和1.2。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)工作面Ⅰ切為45 m時(shí)測(cè)算風(fēng)量Qc=824 m3/min。

4.2 根據(jù)瓦斯絕對(duì)涌出量計(jì)算

式中：qc為經(jīng)過瓦斯抽采后，剩余瓦斯絕對(duì)涌出量，預(yù)計(jì)0.58 m3/min；KCH4為瓦斯涌出不均衡系數(shù)，1.8。

根據(jù)采煤工作面的瓦斯涌出量計(jì)算得到所需的風(fēng)量為Qc=130.5 m3/min。

4.3 根據(jù)二氧化碳涌出量計(jì)算

式中：QCO2為二氧化碳涌出量，預(yù)計(jì)為2.4 m3/min；KC02為瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取1.0。

根據(jù)二氧化碳涌出量計(jì)算得到所需的風(fēng)量為Qc=240 m3/min。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果取最大值，確定2-211工作面Ⅰ切配風(fēng)量不小于824 m3/min。

4.4 風(fēng)速驗(yàn)算

式中：Vx為工作面最低風(fēng)速，m/s；Ld為工作面最大控頂距，5.385 m；Hd為工作面最大采高，4.1 m。

經(jīng)過計(jì)算Vx＝0.62 m/s，大于規(guī)定的0.25 m/s。所以巷道的最小風(fēng)速符合規(guī)定。

式中：Vd為工作面最高風(fēng)速，m/s；Hx為工作面最小采高，取3.9 m；Lx為工作面最小控頂距，4.585 m。

經(jīng)過計(jì)算Vd＝0.78 m/s＜4 m/s,符合規(guī)定。

經(jīng)驗(yàn)算2-211Ⅰ切配風(fēng)量在844 m3/min時(shí)，風(fēng)速符合規(guī)定，能滿足通風(fēng)要求。

5 采掘過程中的安全技術(shù)措施

工作面采用ZY9000/24/45液壓支架支護(hù)頂板，采空區(qū)頂板隨著支架前移自行垮落。

當(dāng)機(jī)尾、機(jī)頭端頭支架距幫大于1.2 m時(shí)，在原有超前支護(hù)的基礎(chǔ)上，加打點(diǎn)柱的形式進(jìn)行支護(hù)，采用DZ-35型單體柱單梁單柱或一梁兩柱進(jìn)行支護(hù)，梁規(guī)格為1.2 m的小梁，梁垂直與頂板布置，柱、排距0.8 m，頂板壓力大或頂板破碎時(shí)可調(diào)整支柱間距為0.6 m，且所有支柱初撐力達(dá)11.5 MPa以上，必須留有0.8 m以上的行人寬度。

運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷超前維護(hù)距離規(guī)定：運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷從工作面煤壁起向外20 m內(nèi)支設(shè)雙排支柱，支設(shè)后保證行人寬度不小于0.8 m，單體柱距轉(zhuǎn)載機(jī)擋板0.3 m，柱距1.0 m，破碎機(jī)處（煤柱側(cè)）可采用貼幫柱進(jìn)行支護(hù)。超前內(nèi)單體柱均支于小梁距梁頭0.3～0.6 m處，且保持一條直線，超前所有支柱進(jìn)液閥朝向老山側(cè)。超前支護(hù)距離可根據(jù)現(xiàn)場巷道頂板情況適當(dāng)延長超前支護(hù)長度。貼幫柱小梁一端余長小于0.2 m時(shí)，采用直接在頂板上支設(shè)。

封口柱采用0.6 m的小梁配合采用DZ-32型單體柱支設(shè)雙排單梁單柱進(jìn)行支護(hù)，小梁與巷道平行支設(shè)，第一排柱距0.3 m，第二排柱距0.6 m，排距0.6 m。當(dāng)上、下隅角懸頂大于2×5（m2）時(shí)，采用及時(shí)回撤頂、幫托板或支設(shè)密集支柱切頂，柱距0.3 m，封口柱支在距支架頂梁切頂線0～0.6 m處，且必須掌握2°～3°迎山角度，迎山要有力。（運(yùn)輸巷封口柱可滯后切頂線0.6 m）。最大控頂距5 385 mm，最小控頂距4 585 mm。

初次來壓頂板管理：①初次開采期間，班長、安全員，老工人要注意觀察頂板動(dòng)態(tài)，發(fā)現(xiàn)來壓預(yù)兆，立即將工作面內(nèi)人員撤出，待頂板穩(wěn)定后，再進(jìn)入工作面并由外向里逐架檢查支架情況，如發(fā)現(xiàn)支架歪扭，處理好后再進(jìn)行正常工作；②泵站壓力不低于30 MPa，支架初撐力達(dá)到25.2 MPa；③在來壓前,支架伸縮梁前部兩側(cè)打2根單體支柱,進(jìn)行輔助支撐,以提高本架的抗壓能力；④初采期間，成立以生產(chǎn)礦長為首的頂板管理領(lǐng)導(dǎo)組，加強(qiáng)頂板管理。

6 結(jié)語

在煤礦綜采工作面設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行合理的選型及合理的風(fēng)量分配十分重要。本文結(jié)合了辛置煤礦2-211工作面的實(shí)際情況，重點(diǎn)分析了工作面一些關(guān)鍵設(shè)備的選型，主要是液壓支架設(shè)備。對(duì)工作面開采時(shí)所需的風(fēng)量進(jìn)行了計(jì)算，并對(duì)風(fēng)速進(jìn)行了校驗(yàn)。校驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，工作面風(fēng)量在844 m3/min時(shí)，風(fēng)速符合規(guī)定，符合煤礦開采的要求。