综放工作面过超大陷落柱分装分运系统的应用

史晓东

(燕龛煤炭有限责任公司，山西　阳泉　045000 )



综放工作面过超大陷落柱分装分运系统的应用

史晓东

(燕龛煤炭有限责任公司，山西阳泉045000 )

摘要针对程庄矿15104综放工作面过超大陷落柱时遇到的煤矸混合造成煤质下降的问题，确定了强行通过该陷落柱方案，并提出了煤矸分装分运系统。实践表明：与重新布巷规避陷落柱相比，煤矸分装分运系统节省了因掘巷和工作面搬家倒面增加的近200万元的资金投入，直接经济效益达700万元，取得了良好的安全经济效益；煤矸分装分运系统的应用能够将矸石剥离和煤矸运输之间高效有序的衔接起来，对类似条件下的矿井生产具有一定的借鉴意义。

关键词厚煤层；综放工作面；陷落柱；分装分运系统

陷落柱是煤矿生产过程中时常揭露和遇见的一种地质构造，这一特殊的地质构造体破坏了煤层的连续性，降低了煤炭的采出率，是诱发水灾、瓦斯等煤矿灾害的重要致因，严重制约了煤矿的安全高效生产。近年来，国内研究重点大多集中在陷落柱的形成机理和探测圈定等方面[1-5]。在工作面推进的过程中，对于已探明的陷落柱，大多采用规避的方式将其绕开，这样将面临较长的辅巷掘进量以及工作面的多次搬家倒面，提高了煤矿企业的投入资金和安全风险。对于超大型陷落柱，强行通过会使得大量的矸石混入落煤中，降低煤炭的质量，进而影响企业经济效益。因此，结合燕煤公司程庄矿15104工作面实际，提出了煤矸分装分运系统，该系统能够在落煤的同时实现矸石和煤炭的分装分运，解决了矸石混入落煤中造成的煤质下降问题，避免了工作面搬家倒面给矿井正常生产带来的影响，同时也可以缩减辅巷的掘进量。

1工程地质概况

程庄煤矿是阳泉市燕龛煤炭有限责任公司直属主要生产矿井，位于山西省阳泉市郊区河底镇程庄村西，距离市区25 km，交通极为便利。该井田面积8.947 6 km2，保有储量11 467.8万t，可采储量5 999.7万t，核定生产能力为240万t/a，主采9#和15#煤层，其中15#煤层位于785水平，埋藏深度350～500 m，煤层平均厚度7.5 m，采用倾斜长壁式综采放顶煤采煤方法。程庄煤矿15#煤层担负着全矿井约70%的生产任务，目前开采15104工作面，煤层平均厚度为7.8 m，工作面斜长181 m，走向长度约1 170 m，可采储量约256万t，月产量约20万t，因此，该工作面产量的高低、煤质的好坏直接关系到矿井的经济效益。无线电波坑道透视仪探测结果显示，在15104工作面内有大小不等的陷落柱6个，其中有2个长轴约86 m、短轴65 m的超大型陷落柱，每个陷落柱将产生约3.8万t的矸石，若不采取适当措施，当矸石和煤共采时，将会有大量矸石混入落煤当中，严重损害煤质。

2过陷落柱方案

针对程庄矿15104推进过程中遇到的超大型陷落柱，根据现场实际情况提出了2个实施方案：方案一是沿陷落柱边缘重新布巷，绕过陷落柱进行开采；方案二强行通过该陷落柱，并依据采准巷道布置情况，修建煤、矸分装分运系统。

与方案二相比，方案一存在的问题有：重新布巷投资大，工期长；掘巷期间，掘进工作面与回采工作面是串联通风容易造成瓦斯超限；工作面推进时，后段工作面需超前18 m开始铺网，造成大量的煤炭资源损失，回采率低；由于低位尾巷存在，在其上方掘巷时面临着尾巷塌漏的风险。

根据以上分析，方案一重新布巷投资大，工期长，不安全因素多，确定选用方案二强行通过该陷落柱，建立煤、矸分装分运系统。

3煤矸分装分运系统

3.1煤矸分装分运系统组成

煤矸分装分运系统由分离簸箕、储矸仓、刮板输送机和带式输送机组成。根据15104工作面采准巷道布置情况，在其运输巷机头处修建1个高落式储矸仓，该矸仓长5 m，宽5 m，深5 m，有效容积为125 m3，矸仓两帮采用锚网支护，底部四周采用料石砌碹进行加固，砌墙高1.2 m，厚0.6 m. 在15104工作面胶带输送机机头上方吊挂1个可分离的簸箕，当工作面内运出的是矸石时，放下簸箕与胶带输送机机头相接，矸石通过分离簸箕直接落入矸仓内，矸仓底部铺设一部40型刮板输送机，紧接40型刮板输送机机头铺设一部长180 m吊挂皮带，之后再铺设一部长15 m的40型刮板输送机，将从工作面剥离出来的矸石经矿车运至轨道大巷，运矸结束后，在料石墙上放置直径200 mm的圆木，防止意外落矸损坏刮板输送机。当工作面运出的是煤炭时，将分离簸箕与胶带输送机机头分离，使工作面生产的煤炭直接进入主运输系统，运至地面。

出矸路线：工作面爆落矸石经15104工作面前部刮板输送机→转载机→皮带→簸箕→储矸石→40型刮板输送机→800吊挂式皮带(15#上层轨道巷)→40型刮板输送机→矿车→15#轨道大巷→材料斜井→地面。

出煤路线：工作面煤炭经前后刮板输送机→转载机→皮带→15#皮带大巷皮带→3#煤仓。相关布置及路线见图1.

3.2分装分运系统安全技术措施

工作面放炮出矸时，在确保矸仓下方无人作业的前提下，打开矸仓上口的遮盖物，放下煤矸分离簸箕，进行出矸作业；在一个循环中出矸作业完成以后，恢复矸仓上口的遮盖物，收起分离簸箕，通知运搬队及时清理矸仓中的落矸，在铺设矸仓上口的遮盖物时，为防止意外事故的发生，应关闭工作面皮带输送机开关；摘挂分离簸箕时，闭锁15104工作面皮带输送机开关，停止15#皮带大巷中带式输送机的运行；煤矸分离簸箕内严禁站人(蹬、爬簸箕)。

a) 分装分运系统顶视图

b) 分装分运系统剖面图

4经济效果分析

1) 采用分装分运系统，保证了原煤品质，增加了销售收入。15104工作面通过该陷落柱时每循环破落煤矸904 t，其中煤炭约580 t，矸石约324 t，矸石占破落煤矸总量的35.8%.如果不分装分运，直接混合进入煤仓，发热量将由23.012 MJ/kg，降到12.552 MJ/kg，按照目前市场价格0.024 元/kJ，原煤价格由550元/t降至300元/t.则通过该陷落柱煤矸混合物产量达10.5万t，销售收入约3 150万元，并且可能出现因煤炭品质差带来滞销问题；采用煤矸分装分运系统，工作面推过陷落柱后产生原煤约7万t，在保证煤炭品质的前提下，销售收入约3 850万元，较前者将增收700万元。

2) 采用强行通过陷落柱分装分运系统与重新掘巷、拆装和搬运工作面液压支架相比，可以大幅降低企业的资金和风险投入。重新掘巷总工程量约为280 m，巷道造价按照6 000元/m计算，掘巷投资达168万元，加上工作面液压支架等设备的拆除、搬运和安装共需投入近200万元。此外，在掘巷过程中会带来一系列的安全问题，如通风系统的不稳定，出煤时运输工序冗杂，辅巷的掘进对工作面的正常推进速度的影响，特别是工作面推进至陷落柱边缘时，出现的过空巷以及超前支承压力显现等不安全因素。采用分装系统，只需建立1个储矸仓和安装少许辅助运矸设备，总投资约50万元，与重新布巷相比可缩减成本投入约150万元。采用煤矸分装分运系统既不影响工作面的正常推进，也不会出现因修建储矸仓带来的一系列不安全问题，具有良好的安全和经济效益。

3) 采用分装分运系统，既保证了煤炭品质，又不影响工作面的正常推进。通过控制煤矸分离簸箕的升降可以实现在一个循环中矸石和煤炭的分装分运。当一个循环的落矸全部运送至储矸仓后，可启动工作面的正常运输和生产模式，两套工序可以高效有序的衔接起来。

5结论

1) 煤矸分装分运系统主要由矸仓、煤矸分离簸箕、刮板输送机和带式输送机组成，在保证煤炭品质的同时保障了工作面安全高效生产的有序进行。

2) 强行通过陷落柱方案与重新布巷规避陷落柱相比，节省了掘巷和工作面搬家倒面的资金投入近200万元，直接经济效益近700万元，避免了一系列不安全问题，取得了较好的安全经济效益。

3) 煤矸分装分运系统将矸石剥离和煤矸运输之间高效有序的衔接起来，对类似条件下的矿井生产具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]许进鹏，梁开武，徐新启.陷落柱形成的力学机理及数值模拟研究[J].采矿与安全工程学报，2008，25(1)：82-86.

[2]李永军，许海涛.陷落柱发育规律及富水性特征分析[J].有色金属，2013，65(2)：71-74.

[3]刘威，沈骥千，刘芸，等.转换波数值模拟在陷落柱探测中的应用研究[J].能源技术与管理，2014，39(3)：156-158.

[4]蒋法文，黄晖，张振生，等.高精度三维地震勘探技术在煤田安全声场中的应用[J].中国煤炭地质，2014，26(2)：60-64.

[5]李巧灵，胡海娟，张辉，等.利用地震多属性技术圈定岩溶陷落带[J].煤炭工程，2013(10)：92-95.

Application on Separation System through Large Collapse

Column in Comprehensive Caving Working Face

SHI Xiaodong

AbstractAccording to the issue of the poor quality of coal mixing with gangues through the large collapse column of 15104 comprehensive caving working face in Chengzhuang coal mine,determines scheme force through the collapse column, designs the separation system of coal and gangue. Practice shows that this separation system saves approximately 2 million yuan, which is compared with redesign the working face system to avoid collapse column. This system was applied to separate gangues from coal and transport them effectively which provides for similar conditions of the mine production has a certain reference significance.

Key wordsThick coal seam; Comprehensive caving working face; Collapse column; Separation system

中图分类号：TD823.4+9

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2015)04-0054-03