煤礦采煤方法及采煤工藝改造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)分析

舒小強(qiáng)

摘要：采煤工藝應(yīng)用的科學(xué)性直接決定了煤礦開采效率與安全，對(duì)于采煤方法及采煤工藝改造是當(dāng)前煤礦行業(yè)建設(shè)發(fā)展的重要方向。文章以重慶地區(qū)高升煤礦為例，探討了采煤工藝改造工作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，旨在提供一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；采煤方法；采煤工藝；礦井開拓；機(jī)械化改造；工藝升級(jí)改造 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD82 文章編號(hào)：1009-2374（2017）02-0143-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.069

1 礦井概況

高升煤礦位于重慶市開縣縣城西北部高橋鎮(zhèn)山青村，生產(chǎn)規(guī)模6萬(wàn)噸/年，開采三疊系上統(tǒng)須家河組五段（T3 xj5）K2煤層和侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組（J1z）底部K3、K6、K7煤層，開采標(biāo)高為+850～+350m，井田范圍由8個(gè)拐點(diǎn)圈定，井田面積2.6592km2。該礦為瓦斯礦井，現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模較小，采煤、掘進(jìn)生產(chǎn)工藝落后，回采工作面煤炭、掘進(jìn)工作面矸石均采用人工裝運(yùn)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全生產(chǎn)保障能力不足，礦井抗風(fēng)險(xiǎn)能力不足，不利于礦井發(fā)展，與國(guó)家對(duì)煤炭產(chǎn)業(yè)的要求不相符，為保證礦井的持續(xù)、安全發(fā)展，企業(yè)擬對(duì)礦井進(jìn)行機(jī)械化改造，以提高礦井機(jī)械化裝備水平、提升礦井生產(chǎn)能力和增強(qiáng)礦井抗風(fēng)險(xiǎn)能力，本次機(jī)械化改造方案設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為15萬(wàn)t/a，機(jī)械化改造后，布置一個(gè)采區(qū)，兩個(gè)采煤工作面，達(dá)到15萬(wàn)t/a生產(chǎn)能力。

2 礦井開拓開采現(xiàn)狀

2.1 礦井現(xiàn)有開拓方式

2.1.1 井筒：采用斜井開拓，礦井現(xiàn)有主斜井、副平硐、回風(fēng)平硐，全礦井共計(jì)三個(gè)井筒，現(xiàn)正常投入使用。

2.1.2 水平設(shè)置：礦井設(shè)置為兩個(gè)水平，即：

+500m、+350m水平，其中+500m水平為現(xiàn)開采水平，+350m水平為接替水平。

2.1.3 大巷布置：分別在各水平標(biāo)高沿K2煤層底板布置運(yùn)輸大巷。

2.2 主要井巷布置

2.2.1 主斜井：為現(xiàn)有主斜井，位于井田中部，頂板偽斜穿層布置，井口坐標(biāo)X=3468914，Y=36519043，Z=+650m，α=42°，β=21°，井筒斜長(zhǎng)418m，半圓拱形，凈寬3.4m，凈高2.8m，凈斷面8.3m2，錨噴支護(hù)，裝備22kg/m雙軌，利用此斜井仍作為主斜井，片石砂漿砌筑水溝，水溝尺寸為高×寬=200mm×200mm，該井筒用作礦井進(jìn)風(fēng)、運(yùn)輸，服務(wù)于全礦井。

2.2.2 大巷布置。

+500m水平集中運(yùn)輸巷：已有，位于K2煤層底板水平距離為15m巖層中，從+500m主石門以東長(zhǎng)度1650m，本次設(shè)計(jì)利用。

+350m水平二級(jí)軌道暗斜井和行人暗斜井已落平于+350m標(biāo)高K2煤層底板50m的砂巖中，因此本次設(shè)計(jì)位于K2煤層底板30m處布置+350m水平集中運(yùn)輸巷。

+650mK2煤層回風(fēng)大巷：現(xiàn)已形成，沿K2煤層走向布置，半圓拱斷面，凈寬2.4m，墻高1.2m，拱高1.2m，凈斷面5.14m2，錨噴支護(hù)，片石砂漿砌筑水溝，水溝尺寸為高×寬=300mm×300mm，服務(wù)于一二采區(qū)總回風(fēng)、安全出口等。

2.2.3 硐室。

+500m水平水房硐室：已有，布置在+500m標(biāo)高K7底板巖層中，硐室長(zhǎng)度50m，半圓拱斷面，凈寬4.0m，墻高1.0m，拱高2.0m，凈斷面10.24m2，錨噴支護(hù)，滅火器等。

+500m水平中央變配電所：已有，布置在+500m運(yùn)輸大巷的頂板巖層中，硐室長(zhǎng)度60m，半圓拱斷面，凈寬4.0m，墻高1.2m，拱高2.0m，凈斷面10.24m2，錨噴支護(hù)，裝備砂箱、滅火器等。

+500m水平永久避難硐室：已有，布置在+500m運(yùn)輸大巷的頂板巖層中，硐室長(zhǎng)度40m，半圓拱斷面，凈寬4.0m，墻高1.2m，拱高2.0m，凈斷面10.24m2，錨噴支護(hù)等。

2.3 礦井現(xiàn)開采水平及采掘工藝

2.3.1 開采水平：礦井現(xiàn)+500～+650m，上山開采。

2.3.2 采煤方法及工藝：該礦井現(xiàn)采用走向長(zhǎng)壁采煤法，工作面采用木支柱支護(hù)，工作面采用手鎬落煤、工作面運(yùn)輸巷采用人力運(yùn)輸。

2.3.3 掘進(jìn)工藝：采用炮掘、人工裝渣、人力運(yùn)輸。

2.3.4 采掘工作面數(shù)量：礦井現(xiàn)布置兩個(gè)采煤工作面、三個(gè)掘進(jìn)工作面。

3 煤礦采煤方法及采煤工藝改造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

3.1 采煤方法及采煤工藝機(jī)械化改造需求

礦井在+500m水平一采區(qū)布置兩個(gè)采煤工作面，工作面采用手鎬落煤、自溜運(yùn)輸、木支柱支護(hù)、工作面運(yùn)輸巷采用人力推車運(yùn)輸，采煤方法為走向長(zhǎng)壁采煤法。采煤工作面采用手鎬落煤，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、用工多、勞動(dòng)生產(chǎn)效率低。工作面運(yùn)輸巷采用人力運(yùn)輸，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)生產(chǎn)效率低、運(yùn)輸成本高、安全可靠性較差。因該礦井的煤炭硬度較大，通過(guò)以往的實(shí)踐證明，采煤機(jī)割煤不適用，塊煤率低，常將矸石割入煤中，造成煤質(zhì)較差，給銷售帶來(lái)困難。

3.2 采煤方法及采煤工藝升級(jí)改造的可行性分析

煤層賦厚條件：K2煤層厚0～0.77m，平均厚0.62m，K3煤層厚0～0.44m，平均厚0.30m，K6煤層厚0～0.58m，一般厚0.37m，K7煤層厚0～0.80m，一般厚0.50m，傾角32°～36°，礦井開采煤層屬于近距離傾斜極薄煤層群開采，從煤層的賦存條件分析，采用滾筒式采煤機(jī)開采有一定的難度。

煤層頂?shù)装鍡l件：K2煤層頂板為深灰色泥巖或粉砂質(zhì)泥巖，一般厚1.2m，直接為須家河組六段砂巖，巖層堅(jiān)硬，厚度大，煤層底板為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖，屬較穩(wěn)定頂板。

K3煤層偽頂為灰黑色、黑色泥巖，厚0.10～0.25m，直接頂為砂質(zhì)泥巖、泥砂巖，厚6.0m，裂隙不發(fā)育，完整性好，采動(dòng)后一般為緩慢下沉，頂板易于管理，直接底板為灰黑色泥質(zhì)粉砂巖，老底為細(xì)砂巖或粉砂巖，無(wú)地鼓現(xiàn)象，易于管理。

K6煤層頂板巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖或細(xì)砂巖，底板為粉砂質(zhì)泥巖或泥巖。節(jié)理裂隙中等發(fā)育，開采僅局部易垮落，屬較穩(wěn)定頂板。

K7煤層頂板為泥巖或細(xì)砂巖，底板為粉砂質(zhì)泥巖或泥巖。節(jié)理裂隙中等發(fā)育，開采僅局部易垮落，屬較穩(wěn)定頂板。

從各煤層頂?shù)装鍘r性和穩(wěn)定性進(jìn)行分析，比較適宜采用機(jī)械化開采。

礦井屬于瓦斯礦井，K2煤層自燃傾向性為不易自燃，K3煤層自燃傾向性為不易自燃，K6煤層自燃傾向性為不易自燃，K7煤層自燃傾向性為自燃，K2、K3、K6、K7煤層檢驗(yàn)報(bào)告，各煤層均有煤塵爆炸危險(xiǎn)性，礦井水文地質(zhì)類型為簡(jiǎn)單，從礦井技術(shù)條件分析為簡(jiǎn)單，為采煤工作面工藝改造創(chuàng)造有利條件。

3.3 采煤方法及采煤工藝升級(jí)改造方案設(shè)計(jì)

3.3.1 采煤工藝改造方案。落煤方式：由于該礦井煤炭硬度較大，通過(guò)鄰近類似礦井實(shí)踐證明，采用滾筒式采煤機(jī)落煤不適用，同時(shí)常將矸石割入煤中，造成煤質(zhì)較差；為了提高原煤塊煤率，減少勞動(dòng)力，提升生產(chǎn)能力，降低生產(chǎn)成本，提高安全保障，本次機(jī)械化改造設(shè)計(jì)采用薄煤層爬底板采煤機(jī)進(jìn)行開采。

第一，采煤工藝。采煤工作面采用俯偽斜走向長(zhǎng)壁式采煤方法，工作面自東向西推進(jìn)，全部垮落法控制頂板的機(jī)械開采。

第二，工藝順序。滾筒采煤機(jī)割煤→刮板輸送機(jī)運(yùn)煤→液壓支柱支護(hù)頂板→推移刮板輸送機(jī)→打密集回柱，在頂板破碎時(shí)，先支護(hù)再移柱然后推移刮板輸送機(jī)。

第三，落煤方式。采用單滾筒爬地式MG100-TP型采煤機(jī)落煤，滾筒直徑為800mm，采高0.8m，截深750mm。

第四，裝煤、運(yùn)煤方式。采煤機(jī)螺旋滾筒配合刮板輸送機(jī)，由刮板輸送機(jī)運(yùn)出；運(yùn)輸巷采用刮板輸送機(jī)、帶式輸送機(jī)運(yùn)煤。

第五，工作面支護(hù)。單體液壓支柱配合木頂梁（規(guī)格：600mm×100mm×100mm），齊梁齊柱形式，一梁一柱中定位300mm/300mm進(jìn)行支護(hù)頂板，正常生產(chǎn)時(shí)采用“四·五”排管理。

3.3.2 工作面采煤、裝煤、運(yùn)煤方式及設(shè)備選型。采煤工作面截煤機(jī)選擇：根據(jù)礦井開采技術(shù)條件進(jìn)行綜合分析，設(shè)計(jì)選擇MG100-TP型采煤機(jī)，設(shè)備由牽引部、電動(dòng)部、截裝部以及導(dǎo)向、防塵、底托板等附件組合而成。采用側(cè)面固定單滾筒，錨鏈牽引，沿煤層傾斜爬底板穿梭割煤，煤沿螺旋滾筒輸入裝煤部，裝煤部轉(zhuǎn)入工作面運(yùn)輸機(jī)。電動(dòng)機(jī)為兩端偏心出軸，分別傳動(dòng)牽引部和截裝部。

該機(jī)采用“三股道”的采煤工作方式，全機(jī)身爬在底板上，對(duì)運(yùn)輸、支護(hù)等配套設(shè)備的要求不高。煤機(jī)構(gòu)由螺旋滾筒從煤壁上切割下的煤，通過(guò)裝煤機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)載到工作面輸送機(jī)上，裝煤效果良好。電動(dòng)機(jī)功率大，機(jī)身強(qiáng)度好，能割較硬的和帶有薄層夾矸的煤層。機(jī)身短、機(jī)身的厚度是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的同功率采煤機(jī)中最薄的，采高最低的。

該設(shè)備的應(yīng)用能夠有效減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；與炮采工藝相比改善了煤礦工人的勞動(dòng)安全生產(chǎn)條件，確保采煤工作面正常循環(huán)作業(yè)，增加塊煤率，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為薄煤層機(jī)械化開采提供了一種經(jīng)濟(jì)適用的裝備。

回采工作面運(yùn)輸設(shè)備選擇：采煤工作面運(yùn)輸巷選用的輸送機(jī)及主要技術(shù)特征，詳見表2：

3.3.3 工作面頂板管理方式及支柱設(shè)備選型。根據(jù)煤層賦存情況、頂?shù)装鍘r性、礦井服務(wù)年限以及工作面采煤工藝，結(jié)合已裝備的支護(hù)設(shè)備，設(shè)計(jì)采用單體液壓支柱支護(hù)頂板，全部垮落法管理頂板。

3.3.4 采煤工作面支柱及其他設(shè)備選擇。

支柱選擇：利用DW06-25/80外注式單體液壓支柱，支撐高度630～450m，伸縮行程180m，工作阻力250kN，額定工作液壓50MPa。支柱排距為0.8m，支護(hù)密度0.287根/m2。

乳化液壓泵站選擇：根據(jù)所選單體液壓支柱要求的液壓泵站的壓力，每個(gè)工作面設(shè)計(jì)利用BRW40/20乳化液泵各二臺(tái)（一用一備），公稱壓力為20MPa，公稱流量為40L/min，電機(jī)功率為15kW，與之配套的液箱為XRXTA。

其他設(shè)備的選擇：注液槍選用DZ-Q1型注液槍，額定工作壓力為31.5MPa；回柱器選用HH2-2型回柱器，拉拔力為20kN，拉拔距離為2m；煤電鉆選用ZSM-1.5A電煤鉆。

3.3.5 工作面回采方向與超前關(guān)系。采用走向長(zhǎng)壁采煤法，由運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷組成回采工作面，回采方式為工作面后退式，工作面運(yùn)輸巷留設(shè)煤柱（10m）。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文以重慶地區(qū)高升煤礦為例，從采煤方法及采煤工藝機(jī)械化改造需求、可行性以及方案設(shè)計(jì)三個(gè)層面，詳細(xì)論述了煤礦采煤方法及采煤工藝改造中關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制策略，具有一定借鑒價(jià)值與參考意義。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）