正規(guī)循環(huán)快速推進(jìn)法在三軟煤層工作面的應(yīng)用研究

羅新旗

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)鄂爾多斯礦業(yè)投資有限公司 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

色連煤礦井田面積35.74平方公里，共有可采煤層9 層，主采煤層5 層，屬侏羅紀(jì)煤層，以不粘煤為主，長(zhǎng)焰煤次之。礦井核準(zhǔn)生產(chǎn)能力500 萬(wàn)t/年，服務(wù)年限55.2年。開(kāi)拓方式為斜井、立井混合開(kāi)拓，采用中央并列式通風(fēng)系統(tǒng)，機(jī)械抽出式通風(fēng)方法。礦井瓦斯等級(jí)鑒定為低瓦斯礦井，煤層自燃傾向性屬I(mǎi) 級(jí)容易自燃煤層，水文地質(zhì)條件為中等。

礦井目前主采2-2 上煤層，所采工作面煤層普氏系數(shù)為1～2，屬于軟煤層。頂?shù)装鍘r性均為砂質(zhì)泥巖或泥巖類(lèi)軟弱巖層，抗壓強(qiáng)度為20 MPa，普氏系數(shù)一般為2，抗壓強(qiáng)度很低，平均在30 MPa 以下，抗剪與抗拉強(qiáng)度則更低，砂質(zhì)泥巖類(lèi)吸水狀態(tài)抗壓強(qiáng)度明顯降低，飽和吸水狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為零，多數(shù)巖石遇水軟化后變形，甚至崩解破壞，屬于典型的“三軟”煤層。因此探索軟巖條件下綜采工作面科學(xué)正規(guī)循環(huán)作業(yè)快速推進(jìn)技術(shù)，對(duì)建設(shè)高產(chǎn)高效礦井具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

1 工作面概況

2-2上8101工作面傾向280 m，可采走向1 780 m，煤層厚度3.7 m，傾角0°～3°；工作面采用大采高一次采全高綜采，支架型號(hào)ZY11000/25/50D，走向長(zhǎng)壁采煤法，使用雙滾筒采煤機(jī)割煤，沿底板后退式回采，循環(huán)進(jìn)尺0.8 m，周期來(lái)壓步距10 m～12 m，用自然垮落法管理采空區(qū)頂板。在回采范圍內(nèi)沒(méi)有較大的地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)回采影響較小。設(shè)備配套情況如表1所示：

表1 8101綜采工作面設(shè)備配套情況

2 科學(xué)正規(guī)循環(huán)快速推進(jìn)法關(guān)鍵技術(shù)研究

正規(guī)循環(huán)作業(yè)是根據(jù)采煤工作面的生產(chǎn)過(guò)程，配備一定的工種及定員，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按質(zhì)、按量、安全地完成既定任務(wù)，并保證周而復(fù)始地、不間斷地進(jìn)行采煤的作業(yè)方法。探索科學(xué)的循環(huán)作業(yè)、優(yōu)化作業(yè)工序、加強(qiáng)勞動(dòng)組織是綜采工作面高產(chǎn)高效的重要措施[2]。

2.1 人員配備

綜采隊(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)置，在冊(cè)75 人，隊(duì)長(zhǎng)1 人，副隊(duì)長(zhǎng)4人（安全、技術(shù)、生產(chǎn)、機(jī)電副隊(duì)長(zhǎng)各1 人）。材料員1人，地面焊工1人。

2個(gè)生產(chǎn)班各19人，檢修班30人。其中生產(chǎn)班每班出勤18 人，跟班隊(duì)長(zhǎng)和班長(zhǎng)各1 人，采煤機(jī)司機(jī)2人，運(yùn)輸機(jī)司機(jī)2 人，轉(zhuǎn)載機(jī)司機(jī)1 人、皮帶司機(jī)1 人、支架工3 人，推溜工1 人，收護(hù)幫板1 人，拉超前支架1人，移動(dòng)列車(chē)（值班電工）1 人，回撤超前支護(hù)（關(guān)門(mén)支柱）3 人；檢修班每班出勤26 人，跟班隊(duì)長(zhǎng)1 人、班長(zhǎng)2人，采煤機(jī)組2 人，三機(jī)組4 人、皮帶組3 人、液壓組6人、電工組6人、其他雜工2人；準(zhǔn)備隊(duì)出勤8人。

2.2 支架移架和采煤機(jī)運(yùn)行速度的確定

2.2.1 支架移架速度

經(jīng)過(guò)對(duì)8101綜采工作面移架現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量表明，支架在移動(dòng)過(guò)程中，其移架時(shí)間也不是一個(gè)固定值，是一個(gè)隨機(jī)變量，服從正態(tài)分布，并且在移動(dòng)過(guò)程中，其移動(dòng)速度也符合正態(tài)分布。通過(guò)對(duì)8101 綜采工作面大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，移架速度的正態(tài)分布均值為3.73 m/min，方差為0.53，說(shuō)明綜采工作面支架的移架速度在合理的波動(dòng)范圍之內(nèi)，且操作人員能熟練地掌握移架作業(yè)工序。

2.2.2 采煤機(jī)運(yùn)行速度

影響采煤機(jī)運(yùn)行速度主要的兩個(gè)因素是刮板輸送機(jī)的負(fù)荷和采煤機(jī)的負(fù)荷[3]，下面根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)收集到的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行論證。

（1）按刮板輸送機(jī)電機(jī)負(fù)荷論證

色連一礦刮板輸送機(jī)額定電流230 A，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，采煤機(jī)運(yùn)行速度超過(guò)15 m/min時(shí)，刮板輸送機(jī)電機(jī)電流接近額定電流，如遇片幫刮板輸送機(jī)即會(huì)出現(xiàn)超額定電流運(yùn)行狀況，甚至出現(xiàn)過(guò)載保護(hù)啟動(dòng)現(xiàn)象。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際，刮板輸送機(jī)負(fù)荷允許采煤機(jī)達(dá)到的最大速度約在15 m/min～17 m/min之間，現(xiàn)取最小值15 m/min，大于采煤機(jī)實(shí)際最大運(yùn)行速度10 m/min，發(fā)揮了最大能力的67%。

（2）按采煤機(jī)負(fù)荷論證

色連一礦采煤機(jī)額定電流450 A，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，采煤機(jī)運(yùn)行速度在15 m/min 時(shí)，采煤機(jī)電流達(dá)420 A左右。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際記錄分析，采煤機(jī)負(fù)荷允許采煤機(jī)達(dá)到的最大速度約在16 m/min～20 m/min之間，現(xiàn)取最小值16 m/min，大于采煤機(jī)實(shí)際最大運(yùn)行速度10 m/min，發(fā)揮了最大能力的62.5%。

由圖1分析可知，當(dāng)采煤機(jī)正常割煤期間，速度大于9 m/min 時(shí)，刮板輸送機(jī)電流開(kāi)始迅速升高；速度達(dá)到15 m/min以上時(shí)，過(guò)貨量較大，刮板輸送機(jī)將會(huì)頻繁出現(xiàn)過(guò)載保護(hù)現(xiàn)象。當(dāng)采煤機(jī)正常割煤期間，速度大于13 m/min 時(shí)，采煤機(jī)電流開(kāi)始迅速升高；速度達(dá)到16 m/min以上時(shí)，采煤機(jī)負(fù)荷較大，采煤機(jī)將會(huì)頻繁出現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。

圖1 采煤機(jī)速度與刮板輸送機(jī)電流負(fù)荷和采煤機(jī)負(fù)荷的關(guān)系

綜合上述論證，為保證采煤機(jī)正常平穩(wěn)運(yùn)行，其運(yùn)行速度應(yīng)≤9 m/min。

2.3 正規(guī)循環(huán)進(jìn)度的確定

礦井核準(zhǔn)產(chǎn)能500萬(wàn)t/年（精煤），按洗耗23%計(jì)算約原煤650 萬(wàn)t/年?？紤]到每月原煤倉(cāng)清倉(cāng)（3 天～4天）、銷(xiāo)售不均衡（3天～4天）、機(jī)電設(shè)備故障（2天）、全礦大型設(shè)備月度大檢修（1 天）等不可預(yù)測(cè)因素的影響，綜采工作面正常生產(chǎn)時(shí)間約為20 天，減去掘進(jìn)煤量，月均產(chǎn)量須達(dá)50萬(wàn)t，日均產(chǎn)量2.5萬(wàn)t。工作面每刀煤量1 400 t，計(jì)算可得圓班循環(huán)17.8 刀，取整數(shù)18刀/天。

色連一礦正常生產(chǎn)組織采用“三八制”，兩個(gè)半班生產(chǎn)，半個(gè)班檢修，通過(guò)上述參數(shù)確定：生產(chǎn)班每班8刀，檢修班2刀，合計(jì)全天18刀，扣除30 min文明生產(chǎn)和交接班時(shí)間，每個(gè)生產(chǎn)班正規(guī)循環(huán)計(jì)劃割煤8刀，綜采工作面一刀煤的主要工序大約須控制在58 min 左右。其工藝過(guò)程為：工作面尾部斜切入刀→采煤機(jī)正常割煤→返空刀→拉移支架→推移工作面運(yùn)輸機(jī)→斜切入刀。工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè)如圖2所示。

圖2 工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè)圖

2.4 正規(guī)作業(yè)循環(huán)工序及勞動(dòng)組織

（1）斜切進(jìn)刀：采煤機(jī)從端頭開(kāi)始，以5 m/min左右速度斜切進(jìn)刀0 m～40 m（1#～22#），再回頭割透三角煤，需12 min，然后采煤機(jī)以9 m/mim 速度走空刀掃浮煤40 m，需5 min，完成端頭斜切進(jìn)刀大約需要17 min，期間拉移端頭支架、推移溜頭。端部斜切進(jìn)刀期間工作面崗位分布圖如圖3所示：

圖3 端部斜切進(jìn)刀期間崗位分布圖

（2）直線段：根據(jù)采煤機(jī)最大運(yùn)行速度和能力，運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力和破斷力，轉(zhuǎn)載機(jī)破碎機(jī)能力，順槽皮帶能力。綜合確定采煤機(jī)在不同位置運(yùn)行速度。直線割煤期間工作面崗位分布圖如圖4所示：

圖4 直線割煤期間崗位分布圖

40 m～140 m(22#～80#)，采煤機(jī)速度 9 m/min，用時(shí)11 min；

140 m～210 m(81#～120#)，采煤機(jī)速度8 m/min，用時(shí)9 min；

210 m～280 m(121#～164#)，采煤機(jī)速度7 m/min，用時(shí)10 min。

期間，1 名支架工在采煤機(jī)前方負(fù)責(zé)收護(hù)幫板、3名支架工滯后采煤機(jī)頂滾筒3 架～5 架距離追機(jī)移架、一名推溜工滯后采煤機(jī)35 m 推溜并找直、1 人負(fù)責(zé)打開(kāi)護(hù)幫板。

（3）轉(zhuǎn)載機(jī)自移工序與推移刮板輸送機(jī)機(jī)頭同步、協(xié)同操作，與割煤、移架及推溜等工序平行作業(yè)。

ZY2700 型裝置自移工序必須將工作面全部設(shè)備停機(jī)操作，且須班組長(zhǎng)、轉(zhuǎn)載機(jī)司機(jī)，機(jī)頭刮板輸送機(jī)司機(jī)等配合進(jìn)行，主要作業(yè)順序：膠帶輸送機(jī)中間部的拆除→ZY2700 型自移裝置的自移→膠帶輸送機(jī)中間部外運(yùn)，此工序需6 min。自移尾自移期間崗位分布如圖5所示。

圖5 自移尾自移期間崗位分布圖

（4）超前支護(hù)及切頂柱操作工序：端頭切頂柱回撤與打設(shè)可與割煤工序平行作業(yè)，但必須要在拉移該處的液壓支架之前進(jìn)行回撤。進(jìn)回、風(fēng)巷超前單體支護(hù)的回撤采用遠(yuǎn)距離回柱法，該作業(yè)嚴(yán)禁與刮板輸送機(jī)頭或尾的移動(dòng)以及頭、尾10 架支架的移架、轉(zhuǎn)載機(jī)的拉移和機(jī)組頭、尾斜切進(jìn)刀等工序平行作業(yè)。超前支護(hù)遠(yuǎn)端的支設(shè)可與其它工序平行作業(yè)。端頭超前支護(hù)的回撤工序時(shí)間5 min。超前支護(hù)及切頂柱操作期間崗位分布如圖6所示。

圖6 超前支護(hù)及切頂柱操作期間崗位分布圖

以上為綜采工作面一刀煤的主要工序，大約用時(shí)58 min，一天18刀，日產(chǎn)2.52萬(wàn)t。

3 科學(xué)正規(guī)循環(huán)快速推進(jìn)法的優(yōu)點(diǎn)

本礦探索總結(jié)出的大采高科學(xué)正規(guī)循環(huán)快速推進(jìn)法，推進(jìn)速度快，工作效率高，工作強(qiáng)度低，能有效提高綜采工作面單產(chǎn)水平，具有良好的推廣應(yīng)用前景[4]。具體來(lái)說(shuō)：

（1）推進(jìn)速度快，安全性好，便于頂板管理。在“三軟”煤層工作面，周期來(lái)壓步距短，兩巷懸板緊跟工作面。采用截割方向?yàn)槎祟^斜切進(jìn)刀的割煤循環(huán)方式，采煤機(jī)頂?shù)督乇P(pán)割落的大塊煤在其自重的作用下向下滑落，采煤機(jī)司機(jī)及其他工作人員在采煤機(jī)后面，從而減少了采煤機(jī)頂?shù)督乇P(pán)割落的大塊煤滑落傷其后工作人員的事故發(fā)生，尤其是眼睛的多發(fā)性事故的發(fā)生。這樣采煤機(jī)司機(jī)保證了人身安全，能夠超前操作，及時(shí)調(diào)整，有利于工作面頂?shù)装骞芾砗烷_(kāi)機(jī)率的提高。

（2）可以保證質(zhì)量、提高產(chǎn)量。采用科學(xué)正規(guī)循環(huán)雙向割煤較單向割煤循環(huán)時(shí)間少，即使是相等，雙向割煤的循環(huán)進(jìn)度也較單向割煤的循環(huán)進(jìn)度大，保證了單位循環(huán)質(zhì)量，提高了產(chǎn)量[5]。

（3）可以有效提高開(kāi)機(jī)率。采用正規(guī)作業(yè)循環(huán)雙向割煤的方式，采煤機(jī)割煤不受支架拉移與機(jī)頭、機(jī)尾、轉(zhuǎn)載機(jī)拉移時(shí)間的制約，采煤機(jī)能夠連續(xù)作業(yè)，提高開(kāi)機(jī)率。

（4）崗位分布明確，便于生產(chǎn)管理。正規(guī)作業(yè)循環(huán)雙向割煤各工序?qū)哟畏置?，銜接緊密，能充分發(fā)揮各工種平行作業(yè)水平，工作人員忙而不亂，有條不紊，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了各工序的工作質(zhì)量，減少了窩工現(xiàn)象，有利于生產(chǎn)管理。

4 結(jié)論

科學(xué)正規(guī)循環(huán)快速推進(jìn)法，是提高綜采工作面單產(chǎn)水平的重要途徑，創(chuàng)造了8101綜采工作面正規(guī)循環(huán)時(shí)間58 min，日割煤18刀，日產(chǎn)2.52萬(wàn)t的記錄。該快速推進(jìn)法通過(guò)優(yōu)化各工序的移架和采煤機(jī)牽引速度、精心組織人員，并明確工作面各崗位分布及職責(zé)，加強(qiáng)設(shè)備檢修，嚴(yán)格保證執(zhí)行正規(guī)循環(huán)作業(yè)，節(jié)約了大量生產(chǎn)成本，有效實(shí)現(xiàn)了綜采工作面高產(chǎn)能高效率生產(chǎn)，是目前發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。