综放工作面高效开采技术实践

2014-09-15孙瑞先刘兆义顾新泽石长坤

采矿与岩层控制工程学报 2014年5期

关键词：运输能力移架技术参数

孙瑞先，刘兆义，顾新泽，石长坤

(1.徐州矿务集团张双楼煤矿，江苏徐州221616；2.徐州矿务集团，江苏徐州221616)

综放工作面高效开采技术实践

孙瑞先1，刘兆义2，顾新泽2，石长坤2

(1.徐州矿务集团张双楼煤矿，江苏徐州221616；2.徐州矿务集团，江苏徐州221616)

根据平朔矿区的地质条件和煤层赋存状况，对工作面综放全套设备进行合理选型，并采用合理的回采工艺，在14109工作面应用实践，取得了良好的安全和经济效益，为综放工作面实现高产高效提供了借鉴。

综放工作面；设备选型；回采工艺

PracticeofHigh-efficiencyMiningTechnologyinFull-mechanizedCavingMiningFace

1 工作面概况

平朔井工一矿设计生产能力为10Mt/a。井田面积16.16km2，可采储量193Mt，服务年限32.8a。主要可采煤层为石炭系上统太原组4号煤、9号煤，煤层赋存稳定，地质构造简单。

14109综放工作面为井工一矿太西采区4煤第4个工作面，北部为14108工作面采空区，东部为太西采区4煤大巷保护煤柱，南部为14110工作面(未采)，西部为小窑破坏区。工作面所采煤层为石炭系上统太原组顶部4号煤层，平均煤厚11.5m，煤层倾角0～5°，煤层坚固性系数f=2～3。工作面走向长度3000m，倾斜长度300m，可采储量12.31Mt。直接顶平均厚5.49m，岩性为中粒砂岩，灰白色，成分以石英、长石为主，为中等稳定顶板。

2 工作面回采工艺选择

该工作面地质条件简单，矿井为低瓦斯矿井，为充分发挥工作面产能，结合以往矿井开采经验，采用走向长壁放顶煤综合机械化采煤工艺，全部垮落法管理顶板。

3 工作面设备选型

3.1 液压支架选型

顶板支护强度计算：

式中，P为综放支架支护强度，kPa；M1为顶煤厚度，取8.2m；γ1为顶煤密度,1.36 t/m3；M为煤层采高，取3.3m；γ为岩层密度，2.5t/m3；η为顶煤放出率，85%；Kp为矸石碎胀系数，一般Kp=1.10～1.30，取1.20。

经计算得P=1.11MPa，因此液压支架支护强度应不小于1.11 MPa，决定选用ZFY12000/23/40D型电液控放顶煤液压支架，支护强度为1.25～1.27MPa，技术参数见表1。

表1 ZFY12000/23/40D型支架主要技术参数

3.2 采煤机选型

矿井一井一面组织生产，工作面单产水平不小于10Mt/a，为此，确定工作面日生产量和采煤机生产能力如下：

工作面日产量计算公式为：

Ad=A/(W·η)

式中，Ad为工作面日产量，t；A为矿井年产量，10Mt；W为年工作日，330d；η为正规循环率，90%。

经计算得Ad=33670t。

3.2.1 采煤机生产能力计算

由于工作面是放顶煤开采，工作面循环产量由采煤机割煤和后部运输机放顶煤两部分构成，因此，确定采煤机生产能力首先应确定采放比。

根据《煤矿安全规程》第六十八条规定，采用放顶煤开采的工作面，采放比不大于1∶3，结合矿井开采经验，采煤机割煤高度取3.0～3.5m，平均3.3m，放煤高度平均8.2m，采放比3.3∶8.2=1∶2.5，符合《煤矿安全规程》规定。

3.2.2 确定工作面日推进循环数

工作面日推进循环数计算公式为：

N=Ad/(L·M·B·γ·C·η)

式中，N为工作面日循环数；L为工作面面长，300m；M为开采煤层厚度，11.5m；B为采煤机滚筒截深，0.8m；γ为煤炭密度，取1.36t/m3；C为采出率，0.90；η为正规循环率，90%。

经计算得N=11，即工作面每天生产11刀，能完成日生产计划，确定早班上半班检修，下半班生产1～2刀，中夜班各生产5刀。

3.2.3 确定采煤机割煤速度

采煤机割煤速度计算公式为：

V=L·N0/(60h·η0)

式中，V为采煤机平均割煤速度，m/min；L为工作面面长，300m；N0为工作面班循环数，5；h为工作面小班有效作业时间，7h；η0为采煤机开机率，经验数据取60%。计算得V≈6m/min。

3.2.4 确定采煤机生产能力

采煤机生产率计算公式为：

Q=60K·M·B·V·γ·C0/η

式中，Q为采煤机生产率，t/h；K为采煤机生产能力富裕系数，1.5；M为工作面采煤机割煤高度，3.3m；B为采煤机滚筒截深，0.8m。V为采煤机平均割煤速度，6m/min；γ为煤炭密度，取1.36t/m3；C0为采出率，0.93；η为正规循环率，90%。

经计算得Q≈2003t/h，根据计算结果，通过对采煤机进行比选，考虑矿井一井一面组织生产，为提高设备安全可靠性，决定选用艾柯夫SL750型采煤机，技术参数见表2。

3.3 工作面前部运输机选型

按照运输能力大于采煤机割煤能力的原则，工作面前部运输机运输能力应大于2003t/h，通过对运输机比选，确定前部刮板输送机采用型号为SGZ1000/2×1000，技术参数见表3。

表3 SGZ1000/2×1000运输机主要技术参数

3.4 工作面后部运输机选型

考虑顶煤厚度较厚，后部运输机选型原则是运输能力应高于前部运输机，及时将顶煤运出，不影响采煤机割煤和移架作业，同时减少后部运输机压死和发生其他机械事故。

确定采煤机割1刀煤时间的计算公式为：

T=L/(V·η0)

式中，T为工作面循环所需时间，min；L为工作面面长，300m；V为采煤机平均割煤速度，6m/min；η0为采煤机开机率，经验数据取60%。

T≈83min

确定后部运输机运输能力的计算公式为：

Q0>60L·M1·γ1·η/T

式中，Q0为工作面后部运输机运输能力，t/h；L为工作面面长，300m；M1为顶煤厚度,8.2m；γ1为顶煤密度,1.36 t/m3；η为顶煤放出率，85%；T为工作面循环所需时间，83min。

经计算Q0>2056t/h，根据计算结果，通过对现有后部运输机比较，选用后部运输机型号为SGZ1200/2×1200，技术参数见表4。

表4 SGZ1200/2×1200运输机主要技术参数

3.5 转载机和破碎机选型

按照转载破碎能力大于工作面生产能力要求，转载机运输能力要大于工作面任一设备最大生产能力，破碎能力大于转载能力，对转载机和破碎机进行选型，设备主要技术参数分别见表5和表6。

表5 SZZ1200/700转载机主要技术参数

表6 PCM400破碎机主要技术参数

3.6 胶带运输机选型

系统能力通常要大于工作面生产能力，考虑胶带运输为连续运输，工作面生产受采煤机开机率及放顶煤间断性等综合因素影响，胶带运输能力大于工作面日平均生产能力。

胶带运输机运输能力计算公式为：

Q=A·K/(W·N)

式中，Q为胶带运输机运输能力，t/h；A为矿井年产量，10Mt；K为不均衡系数，1.15；W为年工作日，330d；N为日运转时间，16h。

计算得Q=2178t/h，因此确定胶带运输机型号为SDJ1400/3×630，技术参数见表7。

表7 胶带运输机主要技术参数

4 回采工艺及要求

4.1 回采工艺

工作面采用综采放顶煤回采工艺，一次采全高，机采采高3.3m，双向割煤，往返一次割2刀。

煤机进刀方式采煤机在工作面前部运输机端部段斜切进刀，进刀距离为距端头30m。

放煤方式采用1刀1放、专职放煤工双轮顺序放煤，采煤机割煤1刀，放煤1次，利用放煤支架的后尾梁和插板放煤。

回采工序采煤机割煤→移架→推前溜→放煤→清理→拉后溜。

4.2 工艺要求

割煤采用采煤机割煤，并自行装煤。在端部斜切进刀，待采煤机后滚筒进窝后，再反向割通端部，再返刀进入正常段割煤，往返1次割2刀。

移架在割煤时滞后采煤机后滚筒4～6架进行，采取分组追机移架及时支护顶板的方式。当顶板破碎或片帮时,能移超前架的提前移超前架，不能移超前架的必须及时打出支架护帮板护顶，并在采煤机前滚筒割煤后,追机带压擦顶移架，必要时停机移架。支架要移成直线，移架步距为0.8m。支架移到位，接顶严实有力。移架时不准停后溜。

推前溜在采煤机返刀后，滞后采煤机15～20m开始推前溜，刮板运输机弯曲长度不得小于15m，并依次按顺序推溜,推移步距0.8m，推移要到位并保持平直。

放煤由专职放煤工负责，采用采放平行作业、1采1放双轮顺序放煤方式；由2名专职放煤工滞后移架5架开始放煤，第1轮放出顶煤的1/3，第2轮放到见矸关门，两轮放煤间距不得少于10架。由于工作面较长，放煤工必须根据后溜中的煤量控制放煤速度，工作面同时放煤点不得超过2处，防止压死后溜。

拉后溜拉后溜在滞后第2轮放煤点15m进行。先拉后溜机尾,在运行中依次从机尾向机头拉后溜。刮板运输机弯曲长度不得小于15m。拉移步距0.8m。拉移要到位并保持平直，严禁由两头向中部或由中部向两头拉移后溜，后溜停止运转时不得拉移。

拉移转载机工作面每推进1个循环,必须及时拉移转载机，不得滞后。