21°煤層仰采煤炭高效運(yùn)輸管理的技術(shù)實(shí)踐①

趙明江 王政敏 桂寒

(鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司曉明礦 遼寧調(diào)兵山 112700 )

隨著礦井服務(wù)年限的增加，一些老礦井出現(xiàn)了煤炭資源枯竭，剩余塊段煤質(zhì)差、地質(zhì)條件復(fù)雜、開(kāi)采難度大的現(xiàn)象，為了提高煤炭資源的利用率，最大限度地回收煤炭，使礦井生產(chǎn)布局合理，保證礦井生產(chǎn)接續(xù)，延續(xù)礦井服務(wù)年限，一些老礦井對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行嘗試性開(kāi)采，以便從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)新思路、開(kāi)拓新領(lǐng)域。曉明礦在這種背景下，開(kāi)始對(duì)以前認(rèn)為開(kāi)采難度非常大的北翼八層工作面進(jìn)行回采活動(dòng)。以N3806工作面為例，該面傾向角度非常大，切眼和采止線落差196m，煤層平均傾角15°，最大可達(dá)21°，如此大角度仰采在集團(tuán)公司尚屬首例。通過(guò)一系列的回采實(shí)踐，現(xiàn)場(chǎng)攻堅(jiān)克難，解決了開(kāi)采難題，尤其是膠帶上山高效運(yùn)煤管理，取得了良好效果，工作面大傾角仰采的成功回采，創(chuàng)出了日平均推進(jìn)4m，日平均生產(chǎn)4000t原煤，月推進(jìn)120m的成績(jī)，為后續(xù)大傾角仰采工作面的高產(chǎn)高效[2]開(kāi)采提供了大量可靠的技術(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 北三806仰采工作面基本情況

1.1 地質(zhì)概況

本工作面位于北三采區(qū)八層六段，運(yùn)順長(zhǎng)943m，回順長(zhǎng)780m，切眼長(zhǎng)260m，傾斜長(zhǎng)934m，面積191634m2，儲(chǔ)量34萬(wàn)t（如圖1所示）。井下標(biāo)高為：-379～-575m，鄰區(qū)：北部、西部均為未采動(dòng)區(qū)域，南部為北二采區(qū)中巷，東部靠近F320斷層。本工作面開(kāi)采8#煤層，煤層整體呈單斜構(gòu)造，傾角9°～21°，平均15°，煤層與頂?shù)装鍨檎辖佑|，煤層有二個(gè)自然分層，厚度在0.90～1.20m之間，平均厚度1.05m，夾石一層為炭質(zhì)泥巖，厚度在0.05～0.20m之間，平均厚度0.15m。

1.2 工作面布置

該工作面為左工作面，位于北三采區(qū)，沿煤層走向布置，工作面順槽沿煤層傾向布置。工作面運(yùn)順通過(guò)運(yùn)順口溜煤眼與北翼膠帶中巷連接。工作面運(yùn)順為矩形巷道，斷面積15.0m2。運(yùn)輸巷道為機(jī)軌合一巷道，巷道一側(cè)鋪設(shè)膠帶輸送機(jī)，另一側(cè)鋪設(shè)軌道，安設(shè)移動(dòng)變電列車，該巷道主要用于運(yùn)煤、入風(fēng)、運(yùn)料及行人。工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤法，全部跨落管理頂板。

1.3 設(shè)備配置

采煤機(jī)：MG300/720-WD型。機(jī)采高度為2.0m；適合傾角為≤45°；截深0.8m；機(jī)面高度1.22m；滾筒直徑1.6m；牽引速度0～8.7m/min；采煤機(jī)供電電壓為1140V。

刮板輸送機(jī)：SGZ880/800型、轉(zhuǎn)載機(jī)。SZZ800/315型、錘式破碎機(jī)PCM160型。

圖1 N3806工作面及巷道布置平面圖

圖2 N3806工作面出切眼示意圖

圖3 膠帶運(yùn)輸機(jī)壓帶車輥

液壓支架：ZY6400/13/29型支架128組、ZY6800/15/35型支架50組，共178組。

膠帶輸送機(jī)：DSJ100/80/2×160型兩部，電機(jī)功率2×160kW，帶寬1000mm，帶速V=2.5m/s,額定運(yùn)輸能力800t/h。

2 大角度仰采工作面的難題與解決方式

由于大傾角仰采沒(méi)有可以借鑒的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在回采過(guò)程中出現(xiàn)了不同程度影響回采的技術(shù)問(wèn)題。對(duì)問(wèn)題采取有針對(duì)性的措施，保證安全生產(chǎn)順利進(jìn)行。

（1）工作面出切眼：N3806工作面切眼處于此區(qū)域煤層的最底部，回采開(kāi)始所有設(shè)備要從水平位置進(jìn)入21°上坡的煤層中（如圖2所示），管理不到位就會(huì)出現(xiàn)支架穿層、采高超支架上限、支架拉抽屜等情況，甚至造成工作面冒頂?shù)膰?yán)重事故。對(duì)此，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)降采高、支架架腳下墊木料和運(yùn)輸機(jī)下墊木楔[3]、及時(shí)挑頂、架后強(qiáng)制放頂及保證支架初撐力等措施，通過(guò)5個(gè)循環(huán)就完成了工作面整體出切眼工作。

（2）綜采設(shè)備配套：由于工作面仰采易出現(xiàn)片幫問(wèn)題，設(shè)備配套過(guò)程中采用兩側(cè)端頭用ZY6800/15/35型支架50組與MG300/720-WD型采煤機(jī)（1.6m直徑滾筒）配套。實(shí)際安裝過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)回采在通過(guò)15/35支架時(shí)不能挑頂?shù)膯?wèn)題。對(duì)此類問(wèn)題將支架連接頭長(zhǎng)度由260mm增加到600mm，通過(guò)加長(zhǎng)支架連接頭的方式，實(shí)現(xiàn)了挑頂?shù)纳a(chǎn)工藝，確保仰采工作面沿煤層正常推進(jìn)。

圖4 膠帶運(yùn)輸機(jī)防跑偏輥

圖5 膠帶固定防滑條

（3）推移運(yùn)輸機(jī):工作面仰采角度過(guò)大，運(yùn)輸機(jī)的推移出現(xiàn)較難度，尤其是機(jī)頭機(jī)尾推移更是難度加大經(jīng)常出現(xiàn)拉抽屜的情況?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)架后放頂、兩順增設(shè)液壓缸等措施實(shí)現(xiàn)了正常推進(jìn)。

（4）運(yùn)順拉移變電列車: N3806運(yùn)順變電列車位置最大坡度達(dá)18°，給拉移變點(diǎn)列車增加難度，為達(dá)到安全移設(shè)的目的，通過(guò)反復(fù)核算效驗(yàn)，采取了在變電列車前穩(wěn)固兩臺(tái)SDJ-28（繩經(jīng)Φ32）型回柱絞車，共同分段遷移變電列車，第一段拉3臺(tái)移動(dòng)變電站和電纜車，第二段拉剩余車輛，實(shí)現(xiàn)了安全作業(yè)。

（5）兩順物料防倒防滑：在運(yùn)回順設(shè)置擋貨欄裝置，防止出現(xiàn)物料下滑的安全問(wèn)題。

3 煤炭運(yùn)輸?shù)碾y題與現(xiàn)場(chǎng)管理

工作面刮板輸送機(jī)→運(yùn)順轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、膠帶輸送機(jī)→N3806運(yùn)順溜煤眼→北翼七層膠帶中巷→北翼膠帶下山→主井→地面。運(yùn)輸設(shè)備配置情況如表1所示。

隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，工作面內(nèi)部仰采的難題得到了有效解決，生產(chǎn)趨于正常?；夭沙跗诠ぷ髅娉雒毫枯^小時(shí)，膠帶運(yùn)輸還是比較順暢，隨著工作面生產(chǎn)調(diào)整到合理狀態(tài)后，生產(chǎn)能力越來(lái)越大，工作面煤炭拉運(yùn)的不穩(wěn)定性逐漸暴露出來(lái)，主要矛盾就是工作面出煤量大，而運(yùn)順膠帶輸送機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)能力不足的現(xiàn)象。共有三方面問(wèn)題，即：膠帶、卡子強(qiáng)度不足；膠帶飄帶、跑偏；膠帶面打滑。

表1 運(yùn)輸設(shè)備配置明細(xì)表

3.1 膠帶、卡子強(qiáng)度不足

膠帶卡子開(kāi)裂強(qiáng)度不足，經(jīng)分析受膠帶卡子受自身重力和拉貨量的雙重影響，已經(jīng)不能滿足能力要求。

3.1.1 采取措施

（1）采用強(qiáng)力膠帶扣：將原來(lái)使用的普通SU1000（8-10）型膠帶扣全部更換為SU1000（7-12）新型強(qiáng)力膠帶扣，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用實(shí)踐未出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題。

（2）降低上貨量：由于回采初期，采煤機(jī)速度調(diào)整不合適，工作面出煤量不穩(wěn)定，要求采煤隊(duì)將采煤機(jī)截割速度由3.5m/min降至3.0m/min以下，來(lái)適應(yīng)膠帶拉運(yùn)煤炭，經(jīng)實(shí)踐效果較好。

（3）更換高強(qiáng)膠帶：在出現(xiàn)膠帶及卡子開(kāi)裂的現(xiàn)象后，有把普通PVC1000×1000S型膠帶更換PVC1000×1400S型強(qiáng)力膠帶的想法，由于礦沒(méi)有現(xiàn)貨，考慮到要投入大量資金，就沒(méi)有更換新型膠帶。

3.1.2 效果

通過(guò)更換膠帶及卡子，并控制采煤機(jī)速度，杜絕了卡子開(kāi)裂問(wèn)題。

3.2 膠帶飄帶、跑偏

出煤過(guò)程中還遇到了膠帶飄帶的情況。由于運(yùn)順坡度在15～21°之間不斷變化，膠帶尾滑道也存在坡度變化的客觀實(shí)際，坡度不一致帶來(lái)相關(guān)的問(wèn)題，經(jīng)常是膠帶飄起來(lái)不能貼在緩沖輥上，轉(zhuǎn)載機(jī)頭落煤就會(huì)將膠帶砸偏，嚴(yán)重影響運(yùn)煤。

3.2.1 采取措施

（1）平整底板使膠帶尾滑道坡度合理：由于運(yùn)順巷道隨不穩(wěn)定煤層坡度不斷變化，膠帶尾滑道則隨著坡度變化而變化，同時(shí)存在人為的原因，即：拉底施工質(zhì)量不合格，對(duì)巷道底板坡度造成影響，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)管理，拉底施工要求滑道尾和底板處于一個(gè)坡度，減少了坡度變化帶來(lái)的影響，緩解了膠帶飄帶。

（2）壓帶輥：對(duì)膠帶飄帶問(wèn)題，在膠帶滑道尾設(shè)置壓帶輥（如圖3所示），強(qiáng)制將膠帶盡量落在緩沖輥上，但隨著轉(zhuǎn)載機(jī)推進(jìn)，會(huì)重復(fù)出現(xiàn)皮帶飄帶，這個(gè)方式只解決了部分膠帶飄帶的問(wèn)題。

（3）加設(shè)防跑偏輥：對(duì)膠帶飄帶跑偏問(wèn)題，在膠帶滑道尾前端設(shè)置跑偏輥（如圖4所示），強(qiáng)制限制膠帶左右擺動(dòng)，杜絕膠帶跑偏。

（4）推移轉(zhuǎn)載機(jī)后及時(shí)調(diào)整膠帶滑道：工作面轉(zhuǎn)載機(jī)與膠帶滑道經(jīng)常不在一條直線上，有一定的夾角，落煤點(diǎn)偏也會(huì)造成膠帶飄帶或跑偏，要求生產(chǎn)過(guò)程中推移轉(zhuǎn)載機(jī)時(shí)要及時(shí)調(diào)整膠帶滑道和轉(zhuǎn)載機(jī)落煤位置關(guān)系，確保落煤位置合理，緩解膠帶跑偏。

3.2.2 效果

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)拉底、安裝防跑偏輥和壓帶輥等防飄帶設(shè)備及調(diào)整關(guān)聯(lián)設(shè)備位置關(guān)系，解決了膠帶飄帶、跑偏。

3.3 膠帶面運(yùn)煤打滑

當(dāng)運(yùn)順巷道及膠帶尾坡度控制好以后，膠帶坡度基本一致，最大坡度達(dá)到18°，又出現(xiàn)了膠帶拉煤打滑，煤炭始終在轉(zhuǎn)載機(jī)落煤點(diǎn)，不往前運(yùn)貨。

3.3.1 采取措施

【美國(guó)森圖斯能源公司網(wǎng)站2018年10月2日?qǐng)?bào)道】 2018年10月2日，美國(guó)森圖斯能源公司(Centrus Energy)宣布從美國(guó)能源部(DOE)獲得總價(jià)值為1500萬(wàn)美元的工作授權(quán)，準(zhǔn)備對(duì)能源部位于田納西州橡樹(shù)嶺(Oak Ridge)的K-1600設(shè)施進(jìn)行去污和退役。

（1）現(xiàn)場(chǎng)人工推貨：生產(chǎn)過(guò)程中剛剛出現(xiàn)運(yùn)煤打滑情況時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員采取了非常規(guī)做法，人工用鍬推煤塊的方式，有時(shí)能將煤炭運(yùn)出。實(shí)際沒(méi)有一點(diǎn)效果，且屬于違章行為，被現(xiàn)場(chǎng)制止。

（2）膠帶上面淋水：在膠帶尾處設(shè)一根φ10mm高壓膠管，始終在膠帶面上少量淋水，增加膠帶面的摩擦力。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際有一定效果，當(dāng)坡度達(dá)到16°以上就失去效果。

（3）膠帶上面淋強(qiáng)力膠帶膠：在膠帶面上少量淋強(qiáng)力膠帶硫化膠，增加膠帶面的摩擦力。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際看，硫化膠粘接不牢，運(yùn)行一周就脫落，不能根本解決問(wèn)題。

（4）人為降低膠帶滑道角度：采煤隊(duì)在每天縮移膠帶滑道時(shí)，采用圓木墊滑道尾，使尾部坡度盡量水平，人為將滑道坡度降低2°～3°，減少膠帶打滑的概率，保證正常拉運(yùn)煤炭。實(shí)際的生產(chǎn)效果不明顯。

（5）膠帶上面固定防滑條：在膠帶上面每隔3m固定一道600mm×100mm的膠帶條（如圖5所示），采用氣動(dòng)手槍鉆打孔，將鋁制鉚釘固定在膠帶條上，每根膠帶條固定3～5處。通過(guò)實(shí)際操作，大大緩解拉運(yùn)煤炭打滑的問(wèn)題，保證工作面煤炭生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

3.3.2 效果

通過(guò)增設(shè)固定防滑條的方式可有效解決膠帶拉運(yùn)煤炭打滑的問(wèn)題。

4 理論分析膠帶面運(yùn)煤打滑原因

（2）上山拉運(yùn)煤炭的結(jié)論：可以得出，當(dāng)坡度大于17.8°時(shí)，摩擦力小于下滑力，造成膠帶上的煤炭打滑?，F(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，膠帶摩擦系數(shù)還會(huì)隨膠面老化而減小，即坡度小于17.8°也會(huì)出現(xiàn)煤炭下滑的現(xiàn)象，必須加強(qiáng)防滑管理。

5 膠帶拉運(yùn)上山的管理重點(diǎn)

（1）膠帶輸送機(jī)拉運(yùn)上山時(shí)，要提前準(zhǔn)備強(qiáng)度足夠的膠帶及卡子，并有應(yīng)急措施。

（2）仰采工作面要控制出煤量和速度，并要保證出煤量均勻穩(wěn)定，采煤機(jī)截割速度要控制在3.0m/min以內(nèi)，且均衡生產(chǎn)。

（3）膠帶拉運(yùn)煤炭必須調(diào)整好膠帶機(jī)的狀態(tài)，保證滑道與巷道坡度一致，特別是膠帶尾滑道要盡量平直。

（4）現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)拉底、安裝防跑偏、防膠帶飄帶的設(shè)備并及時(shí)調(diào)整關(guān)聯(lián)設(shè)備的關(guān)系，任何時(shí)候膠帶都能平直落在膠帶輥上，這樣才能保證連續(xù)不斷的大量運(yùn)煤。

（5）當(dāng)上山膠帶拉運(yùn)煤炭坡度接近16°時(shí)，必須有向上的帶煤裝置，克服摩擦力不足和膠帶拉運(yùn)煤炭打滑的問(wèn)題。通過(guò)固定防滑條、更換防滑膠帶等方式達(dá)到防打滑的目的，滿足大坡度上山拉運(yùn)煤炭的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)N3806工作面21°仰采的回采實(shí)踐，促進(jìn)了大傾角仰采煤炭高效運(yùn)輸管理和配套設(shè)備的防滑技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，填補(bǔ)集團(tuán)公司在大傾角煤炭運(yùn)順管理上的技術(shù)空白，為今后相同地質(zhì)條件工作面的回采提供依據(jù)。該技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用保證了安全生產(chǎn)順利進(jìn)行，2019年12月至今，該工作面生產(chǎn)期間杜絕了膠帶跑偏、膠帶飄帶和煤炭運(yùn)輸打滑的情況，單月進(jìn)尺90m，累計(jì)回采原煤6萬(wàn)余t，經(jīng)濟(jì)效益可觀，并從中積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了安全高效回采。