煤柱回收可行性分析

2010-02-14张天然魏栋梁王悦勇

中国矿业 2010年6期

张天然，魏栋梁，王悦勇

(三一重型装备有限公司支护研究院，辽宁沈阳 110027)

目前，我国内蒙古地区很多煤炭基地都利用房式开采体系，只采煤房，不采煤柱，这必然形成呆滞煤量。房式采煤这种掠夺式的开采，现已成为中国煤炭工业可持续发展亟待解决的战略性问题。提高煤炭资源回收率，不仅仅是一个企业、一个区域的问题，还是一个涉及到中国煤炭工业发展的战略问题，其研究及推广意义重大[1]。本文阐述了煤柱回收不仅节约不可再生煤炭资源，其环境、经济、社会效益也非常显著。并根据鄂尔多斯地区房式采煤普遍的开采结果，有针对性的制定了煤柱回收切实有效的开采工艺，开发了成套先进的煤柱回收设备。

1 煤柱回收的意义

鄂尔多斯地区煤矿长期以来采用房式开采方法采掘煤炭，回采率非常低，只有20%～30%。这种掠夺式的开采，使该地区地下遗留许多采掘煤房后的矿井，存有大量的煤柱、顶煤及边角煤，称为呆滞煤炭。不但使优质的煤炭资源浪费，还造成以下地质灾害：

(1)残煤井下自燃。每年都有一些废弃的矿井发生自燃灾害，政府和企业要花费大量的人力、物力进行治理。

(2)地表突然塌陷。导致呆滞煤炭回收难度增大，甚至无法回收。

开展煤柱回收工程，不仅能大大提高不可再生的煤炭资源回收率，甚至与长壁综采面相媲美，消除因井下呆滞煤炭带来的一系列问题。还可延长矿井服务年限，并解决数以万计人民的就业问题，增加国家和地方政府的财政收入，创造巨大的经济效益，是一个利国利民的好项目。

2 煤柱回收工艺

伊泰集团对房式开采留下的煤柱回收工程，投入了很大的精力进行攻关，积累了比较丰富的经验，工艺基本成熟，已取得了较大进展。

因围岩条件不同，房柱开采结果不同，需采用不同的煤柱回收工艺[2]。根据鄂尔多斯地区较为普遍的情况，假定条件为：房柱式开采、煤柱十字布置、煤柱尺寸为8×8m、煤房宽度为8m；原采高≤4.4m、顶板较完整；矿井基本生产系统健全；具备机械化设备开采条件。

煤柱回收基本方法，是以履带支架支护煤房顶板，逐排回收煤柱和顶板，然后推进支架，强迫顶板垮落，回收下一排煤柱。主要包括：支护、切割煤柱、煤炭转载运输、浮煤清理、强制放顶预打眼、支架前行、强制放顶、临时支护、通风和采空区防火等。主要工序具体如下：采用前一排距采空区侧留设1.5m煤柱，6个煤柱横向一次进刀，采宽3.3m；然后，在最后一排每两个一组的煤柱纵向中心进刀，采宽4m；每个煤柱只剩余三个矩形小煤柱(1.8m×8m，1.8m×3.2m，2m×3.2m)；在切割完剩余三个矩形小煤柱上打眼，工作面全部切割结束后，装药和连接遥控起爆接收器；履带行走式液压支架前移至切顶线以前，爆破稳定后，再进入下一个工作循环。

争取在发火期内推进完成一个条带，尽量采用顺槽保护煤柱和护巷煤柱做为采空区隔离带，采空区防火密闭滞后工作面2～3排，随工作面推进；只要采空区与其他区域有连通，必须严格密闭，工作面结束后及时封闭。

3 煤柱回收设备

运用煤柱回收成套设备，可省去以往的架设专用支架、锚杆支护等缓慢的辅助工序，实现连续采煤机房柱式落煤、装煤、运煤及支护工序的机械化生产，同时实现全部垮落法管理顶板，提高资源采出率，安全生产。主要设备包括连续采煤机、梭车、履带行走式液压支架等。

3.1 ML340连续采煤机

连续采煤机[3]是一种适用于短壁式开采、集截割、装载、转运、移动行走、喷雾降尘于一身的综合机械化开采设备。它具有体积小、调动灵活、使用方便等优点，不仅可开采煤炭，还能用于巷道掘进，在国外已广泛地使用。

ML340连续采煤机是自主开发的具有自主知识产权的国产化连采机，该机主要用于巷道的快速掘进以及房柱式采煤、回收边角煤，适用于掘进破碎煤层硬度≤f4，夹矸硬度≤f8，断面9～28m2的煤、半煤岩巷道的巷道施工。

ML340连续采煤机机身矮，结构紧凑，可靠性高，工作稳定。主要特点如下：

(1)截割滚筒引用国外技术，采用小直径截割头，截齿布置合理，破煤过断层能力强、截割振动小、工作稳定性好。

(2)星轮装载机构采用电机驱动减速器，提高了装载机构的可靠性。

(3)采用履带行走机构，使用进口的马达带动减速机，性能好，故障率低，互换性强。涨紧液压缸放置在履带架侧面，方便维护。

(4)电气系统采用可编程控制器(EPEC)作为主控制器，具有工况检测和故障诊断功能，可以实现无线遥控和手动操作两种方式，同时设有液晶显示屏指示操作或进行故障点显示。

3.2 SC15/111梭车

梭车是短壁机械化开采设备中的关键配套设备之一[4]。主要功能是在连续采煤机后，将连续采煤机开采的煤转运至给料破碎机的料斗内, 卸完后返回连续采煤机处再一次装煤。其特点是能较好地发挥连续采煤机的回采能力,较大幅度地提高短壁式开采的生产效率, 减轻工人的劳动强度。

SC15/111梭车适合于井下短距离运煤、卸煤，运距小于200m，为中厚煤层短壁机械化开采设备中与连续采煤机配套使用的关键运煤设备。具有以下特点：

(1)车体防碰撞结构，前、后机架分别用高强钢板焊接而成，敞开式焊接结构，承载能力大，卸载方便快捷，具有超强的防碰撞功能。

(2)双向驾驶，座椅舒适可调，司机室顶棚高度液压可调。

(3)采用EPEC专用控制器，CAN总线控制，有彩色液晶显示、摄像监控、瓦斯检测报警等性能，能自动显示梭车工作参数、并进行故障诊断。

3.3 ZX10000/30/50履带行走式液压支架

履带行走式液压支架集行走和支护于一体，主要与连续采煤机相配套进行煤柱回收[5]。回收煤柱时，支架有效支护顶板，给人员及设备提供安全的作业空间；一旦支架被埋，可以辅助逃逸。

ZX10000/30/50履带行走式液压支架是在国际及国内现有机型的基础上研制开发的，该机同奥地利阿尔卑尼公司的ABLS185/380/540型、美国弗莱彻公司的MRS-3H型、太原煤科院的XZ7000/24/45型履带行走式液压支架相比，在支护强度、支护高度、地隙、逃逸性能、控制系统抗干扰性能等方面，优于同类产品。

ZX10000/30/50履带行走式液压支架，可实现本架手动和远距离有线、无线控制三种操作方式，满足房柱式开采煤柱回收工况需要。具有以下特点：

(1)结构件制造优良，运用先进、可靠的高强度钢板焊接技术和热处理工艺，可靠性大大提高。

(2)一个发射器可控制五台履带行走式液压支架；主控制器采用具有CAN通讯功能的EPEC，增强了系统的抗干扰性；遥控器采用德国HBC的技术，提高系统可靠性。

(3)该支架采用整体焊接摩擦板式刚性底座,解决了在高达10000kN的工作阻力下，履带板易损坏问题。该项技术已申请实用新型专利。

4 安全性分析

煤柱回收设备中，关键设备是履带行走式液压支架，依靠多台履带支架成组分散支撑在相应煤房中，采完煤柱后移动到下一排煤房中，来保证人员和设备的安全。ZX10000/30/50履带行走式液压支架有以下特点：

(1) 支护阻力大，达到10000 kN,可保证对煤房顶板的可靠支撑；

(2) 无线和有线遥控功能，遥控距离30m，操作人员可以站在安全区域内进行操作；

(3) 有较强逃逸功能，一旦顶板在预期外塌落，可以实现自助逃逸和互助逃逸；

(4) 回收工艺中考虑保留预警煤柱，等行走支架等设备安全撤离以后对其实施爆破，强行控制顶板落下，减少顶板压力，增强安全性。

5 经济性分析

使大量呆滞煤柱实现回收利用，提高资源回收率；并且使已经破坏的环境得以改善，减少地质安全隐患；可以对旧矿井稍加改造，整理运输通道和添加通风设施后就可以采煤，大量减少矿井投资，缩短建井周期；根据工作面具体情况，选择行走支架数量，投入成本远远小于相同产量综采工作面，大概为综采工作面的1/2～1/3,回采率也能达到70%左右。

据资料统计，伊泰集团呆滞煤炭储量约4.35亿t,至少能回收2亿t，工业产值约360亿元，利润约200亿元；整个鄂尔多斯地区呆滞煤炭可采储量约10亿t，工业产值约1800亿元，利润约1000亿元。若每年开采20个回收矿井，每个矿井回收100万t煤炭(工业产值约36亿元，利润20亿元)，则可以持续回收50年。