趙明周
(陜西富源煤業(yè)有限責(zé)任公司,陜西延安 727500)
陜北地區(qū)較薄煤層綜合機(jī)械化開采技術(shù)
趙明周
(陜西富源煤業(yè)有限責(zé)任公司,陜西延安 727500)
較薄煤層資源在我國(guó)分布廣泛,儲(chǔ)量大、煤質(zhì)一般較好,但開采成本高。研究出高效高產(chǎn)的較薄煤層的開采技術(shù),對(duì)提高礦井效益有著重要意義。隨著國(guó)內(nèi)外采礦設(shè)備制造水平的提高,在采用大功率、高可靠性工作面設(shè)備的基礎(chǔ)上,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐拿簩淤x存情況,因地制宜地選擇采煤機(jī)械,并采用合理的采煤方法,努力實(shí)現(xiàn)較薄煤層的高產(chǎn)高效開采。本文將對(duì)礦井較薄煤層開采技術(shù)的的應(yīng)用進(jìn)行探討。
較薄煤層 綜合機(jī)械化 開采技術(shù) 應(yīng)用
1.1 工作面位置及井上下關(guān)系
102綜采工作面為黨家河煤礦首采工作面,位于礦井的東南部,距井底車場(chǎng)200m,北部與一盤區(qū)回風(fēng)大巷相連接,南部與礦界(黃陵一號(hào)煤礦)相鄰,東部和西部均為未開拓區(qū)。工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度1244m,傾向長(zhǎng)度240m。102綜采工作面地面對(duì)應(yīng)位置均為山坡,常見洛河砂巖層被數(shù)十米的黃土所覆蓋。無河流及建筑物,相對(duì)標(biāo)高+1257~+1369m。該工作面煤層底板標(biāo)高為+816~+824m,埋深+441~+545m,由于回采范圍內(nèi)為農(nóng)田和坡地,對(duì)地面設(shè)施無任何影響。
1.2 工作面煤層情況
工作面煤層厚度為1.50~1.70m,平均厚度為1.65m。煤層走向?yàn)镹1°~15°W,傾角0~3°,一般為0.5°。呈黑色,條痕為灰褐色、深棕色及棕黑色,瀝青光澤,斷口為階梯參差狀,呈條帶狀、線理狀結(jié)構(gòu),具層狀、塊狀構(gòu)造,質(zhì)硬而脆,外、內(nèi)生裂隙較為發(fā)育,并被方解石、黃鐵礦薄膜充填,另煤層中含少量黃鐵礦結(jié)核,中上部以半亮及半暗型煤為主,中下部則以半暗及暗淡型煤為主。屬弱粘煤,密度值為1.37t/m3。
1.3 煤層頂?shù)装?/p>
1.3.1 煤層頂板
偽頂:緊貼煤層,厚度較薄,分布極不均勻,一般小于0.3m,多為砂質(zhì)泥巖、泥巖和粉砂巖,局部見煤屑。
直接頂:厚度分布不均勻,一般厚度9.15~11.21m,平均厚10.2m,多為黑灰色粉砂巖,含植物化石碎片,易碎,水平層理。
老頂:一般厚度為9.9~17.7m,平均厚15m(參見5-1、6-1鉆孔),多為灰白、灰黑色細(xì)粒砂巖和中粒砂巖,主要礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主,局部夾粉砂巖、泥巖薄層,局部含植物化石、云母碎片,泥鈣質(zhì)膠結(jié)、板狀層理,呈厚層狀不易垮落。
1.3.2 煤層底板
直接底板:呈灰黑色細(xì)粒砂巖,含植物化石碎片及云母片,成分以石英為主,板狀層理,一般厚度為1.85~3.65m,平均厚為2.80m,易風(fēng)化,遇水膨脹。
老底:以黑、灰黑色細(xì)粒砂巖為主,成分以石英為主,板狀層理,含植物化石碎片及云母片,泥鈣質(zhì)膠結(jié)。
2.1 采煤方法
本礦井開采近水平煤層,采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤方法。
2.2 巷道布置
2.2.1 盤區(qū)巷道布置概況
盤區(qū)前期共布置三條開拓巷道,其中+820m水平回風(fēng)大巷擔(dān)負(fù)回風(fēng)任務(wù); +820m水平膠帶運(yùn)輸大巷擔(dān)負(fù)運(yùn)煤、進(jìn)風(fēng)、行人等任務(wù);+820m水平輔助運(yùn)輸大巷擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)、行人、運(yùn)料等任務(wù)。
2.2.2 工作面巷道布置概況
102綜采工作面是黨家河煤礦的首采工作面,工作面共除切眼外另布置三條矩形斷面,支護(hù)為錨網(wǎng)、W型鋼帶、錨索聯(lián)合支護(hù)的巷道。102綜采工作面回風(fēng)順槽,設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1218m,沿煤層底板布置,巷道規(guī)格為4400×2800mm,凈斷面為12.32m2。擔(dān)負(fù)回風(fēng)、運(yùn)料、行人等任務(wù)。
102綜采工作面主運(yùn)輸順槽,設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1251m,沿煤層底板布置,巷道規(guī)格為4400×2800mm,凈斷面為12.32m2。擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)、運(yùn)輸、行人等任務(wù)。
102綜采工作面輔運(yùn)順槽,設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1694m,沿煤層底板布置,巷道規(guī)格為4400×2800mm,凈斷面為12.32m2。擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)、運(yùn)料、行人等任務(wù)。
102綜采工作面切眼,設(shè)計(jì)長(zhǎng)度240m,沿煤層底板布置,矩形斷面,規(guī)格為6000×2300mm。
2.2.3 其他巷道
102綜采工作面主運(yùn)輸順槽和102綜采工作面輔助運(yùn)輸順槽之間布置3條聯(lián)絡(luò)巷,巷道規(guī)格為4400×2800mm,凈斷面為12.32m2。
2.3 采煤工藝
2.3.1 采煤工藝流程
采煤機(jī)由機(jī)頭割三角煤后返刀→移過渡支架、推機(jī)頭→由機(jī)頭向機(jī)尾割煤→跟機(jī)移架→推移工作面前輸送機(jī)→機(jī)尾斜切進(jìn)刀割三角煤→移過渡支架、推機(jī)尾。
2.3.2 采高及循環(huán)進(jìn)度
該工作面采高1.8m±0.1m,循環(huán)進(jìn)度0.8m。
2.3.3 落煤方式
(1)割煤方式:雙向割煤,采煤機(jī)往返一次割兩刀。采用MG2× 200/925-AWD型采煤機(jī)落煤,截深0.8m。
(2)進(jìn)刀方式:端頭割三角煤斜切進(jìn)刀。
(3)進(jìn)刀段長(zhǎng)度:30m。
(4)牽引方式:齒輪銷軌式無鏈電牽引。
(5)牽引速度:4-6m/min。
(6)進(jìn)刀過程:
1)當(dāng)采煤機(jī)割至工作面端頭時(shí),刮板輸送機(jī)移近煤墻,采煤機(jī)機(jī)身處尚留有一段下部煤如圖a所示。
2)升降搖臂,將前滾筒將下,后滾筒升起,反向牽引,沿刮板輸送機(jī)彎曲段割入煤墻,直至前刮板輸送機(jī)彎曲段移成直線為止如圖b所示。
3)升降搖臂,再次調(diào)換滾筒上下位置,返回割煤至機(jī)頭處如圖c所示。
4)割完三角煤后, 再次調(diào)換滾筒上下位置,反向正常割煤如圖d所示。
2.3.4 裝煤方式
采用MG2*200/925-AWD型采煤機(jī)螺旋滾筒裝煤,人工清理浮煤。
2.3.5 運(yùn)煤方式
煤由工作面SGZ800/1050型刮板輸送機(jī)→SZZ800/315轉(zhuǎn)載機(jī)→102綜采工作面主運(yùn)順槽→+820水平膠帶運(yùn)輸大巷→上倉(cāng)膠帶斜巷→井底煤倉(cāng)→主斜井膠帶輸送機(jī)→地面原煤倉(cāng)。
3.1 運(yùn)輸系統(tǒng)
3.1.1 運(yùn)煤路線
工作面→102主運(yùn)順槽→+820水平膠帶運(yùn)輸大巷→上倉(cāng)膠帶斜巷→井底煤倉(cāng)→主斜井→地面原煤倉(cāng)。
3.1.2 運(yùn)料路線
副斜井→井底車場(chǎng)→+820水平輔助運(yùn)輸大巷→102輔運(yùn)順槽(102主運(yùn)順槽)→102綜采工作面。
副斜井→井底車場(chǎng)→+820水平輔助運(yùn)輸大→102回風(fēng)順槽→102綜采工作面。
3.2 通風(fēng)系統(tǒng)
3.2.1 通風(fēng)路線
副斜井(主斜井)→+820m水平輔運(yùn)大巷(主運(yùn)大巷)→102主運(yùn)順槽→102綜采工作面→102回風(fēng)順槽→+820m水平回風(fēng)大巷→總回風(fēng)石門→回風(fēng)立井→地面。
3.2.2 工作面風(fēng)量計(jì)算
(1)瓦斯絕對(duì)涌出量計(jì)算:102綜采工作面絕對(duì)瓦斯涌出量取15.02m3/min。102綜采工作面瓦斯的濃度不超過0.8%的要求計(jì)算。
Q采1=125×q絕×K=125×15.02×1.3≈2441m3/min
式中:K—沼氣涌出平均穩(wěn)定系數(shù),取1.3。
(2)按人數(shù)計(jì)算:Q采2=4N=4×80=320m3/min
式中:N—工作面同時(shí)最多人數(shù),取80人。
(3)按氣象條件計(jì)算:
式中:Q基本—不同采煤方式工作面所需的基本風(fēng)量,m3/min,
Q基本=60×工作面控頂距×工作面實(shí)際采高×70%×適宜風(fēng)速=60×4.895×1.8×70%×1.0=370.06 m3/min;
K采高—回采工作面采高調(diào)整系數(shù),取1.1;
K采面長(zhǎng)—回采工作面長(zhǎng)度調(diào)整系數(shù),取1.4;
K溫—回采工作面溫度與對(duì)應(yīng)風(fēng)速調(diào)整系數(shù),取1.1。
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,工作面配風(fēng)量按2441m3/min進(jìn)行風(fēng)速驗(yàn)算。
(4)風(fēng)速驗(yàn)算:
根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,回采工作面最低風(fēng)速0.25m/s,最高風(fēng)速為4m/s的要求進(jìn)行驗(yàn)算。即回采工作面風(fēng)量應(yīng)滿足:
15×Sc≤Q采≤240×Sc
式中:Sc——回采工作面平均斷面,m2(計(jì)算得12.32m2)
代入公式:15×12.32=184.8<2441
240×12.32=2956.8>2441
工作面配風(fēng)量設(shè)計(jì)為2441m3/min符合《煤礦安全規(guī)程》要求。施工中,根據(jù)工作面實(shí)際情況,還可由通風(fēng)部門按規(guī)定作適當(dāng)調(diào)整。
(1)回風(fēng)順槽:回風(fēng)順槽消防灑水管路采用DN50鋼管,從+820水平輔運(yùn)大巷主消防灑水管路上引入。
(2)主運(yùn)順槽:主運(yùn)順槽消防灑水管路采用DN50鋼管,從+820水平輔運(yùn)大巷主消防灑水管路上引入。
經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,本開采技術(shù)方案非常適合較薄煤層礦井地質(zhì)條件,工作面“三機(jī)”配套合理,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常,頂板控制可靠,月產(chǎn)量最高達(dá)到13.6萬噸。值得在較薄煤層類似地質(zhì)條件礦井推廣應(yīng)用。