陕北地区较薄煤层综合机械化开采技术

赵明周

（陕西富源煤业有限责任公司，陕西延安 727500）

陕北地区较薄煤层综合机械化开采技术

赵明周

（陕西富源煤业有限责任公司，陕西延安 727500）

较薄煤层资源在我国分布广泛，储量大、煤质一般较好，但开采成本高。研究出高效高产的较薄煤层的开采技术，对提高矿井效益有着重要意义。随着国内外采矿设备制造水平的提高，在采用大功率、高可靠性工作面设备的基础上，应根据当地的煤层赋存情况，因地制宜地选择采煤机械，并采用合理的采煤方法，努力实现较薄煤层的高产高效开采。本文将对矿井较薄煤层开采技术的的应用进行探讨。

较薄煤层 综合机械化 开采技术 应用

1 工作面概况

1.1 工作面位置及井上下关系

102综采工作面为党家河煤矿首采工作面，位于矿井的东南部，距井底车场200m，北部与一盘区回风大巷相连接，南部与矿界（黄陵一号煤矿）相邻，东部和西部均为未开拓区。工作面设计走向长度1244m，倾向长度240m。102综采工作面地面对应位置均为山坡，常见洛河砂岩层被数十米的黄土所覆盖。无河流及建筑物，相对标高+1257～+1369m。该工作面煤层底板标高为+816～+824m，埋深+441～+545m，由于回采范围内为农田和坡地，对地面设施无任何影响。

1.2 工作面煤层情况

工作面煤层厚度为1.50～1.70m，平均厚度为1.65m。煤层走向为N1°～15°W，倾角0～3°，一般为0.5°。呈黑色，条痕为灰褐色、深棕色及棕黑色，沥青光泽，断口为阶梯参差状，呈条带状、线理状结构，具层状、块状构造，质硬而脆，外、内生裂隙较为发育，并被方解石、黄铁矿薄膜充填，另煤层中含少量黄铁矿结核，中上部以半亮及半暗型煤为主，中下部则以半暗及暗淡型煤为主。属弱粘煤，密度值为1.37t/m3。

1.3 煤层顶底板

1.3.1 煤层顶板

伪顶：紧贴煤层，厚度较薄，分布极不均匀，一般小于0.3m，多为砂质泥岩、泥岩和粉砂岩，局部见煤屑。

直接顶：厚度分布不均匀，一般厚度9.15～11.21m，平均厚10.2m，多为黑灰色粉砂岩，含植物化石碎片，易碎，水平层理。

老顶：一般厚度为9.9～17.7m，平均厚15m（参见5-1、6-1钻孔），多为灰白、灰黑色细粒砂岩和中粒砂岩，主要矿物成分以石英、长石为主，局部夹粉砂岩、泥岩薄层，局部含植物化石、云母碎片，泥钙质胶结、板状层理，呈厚层状不易垮落。

1.3.2 煤层底板

直接底板：呈灰黑色细粒砂岩，含植物化石碎片及云母片，成分以石英为主，板状层理，一般厚度为1.85～3.65m，平均厚为2.80m，易风化，遇水膨胀。

老底：以黑、灰黑色细粒砂岩为主，成分以石英为主，板状层理，含植物化石碎片及云母片，泥钙质胶结。

2 采煤方法

2.1 采煤方法

本矿井开采近水平煤层，采用走向长壁综合机械化采煤方法。

2.2 巷道布置

2.2.1 盘区巷道布置概况

盘区前期共布置三条开拓巷道，其中+820m水平回风大巷担负回风任务； +820m水平胶带运输大巷担负运煤、进风、行人等任务；+820m水平辅助运输大巷担负进风、行人、运料等任务。

2.2.2 工作面巷道布置概况

102综采工作面是党家河煤矿的首采工作面，工作面共除切眼外另布置三条矩形断面，支护为锚网、W型钢带、锚索联合支护的巷道。102综采工作面回风顺槽，设计长度1218m，沿煤层底板布置，巷道规格为4400×2800mm，净断面为12.32m2。担负回风、运料、行人等任务。

102综采工作面主运输顺槽，设计长度1251m，沿煤层底板布置，巷道规格为4400×2800mm，净断面为12.32m2。担负进风、运输、行人等任务。

102综采工作面辅运顺槽，设计长度1694m，沿煤层底板布置，巷道规格为4400×2800mm，净断面为12.32m2。担负进风、运料、行人等任务。

102综采工作面切眼，设计长度240m，沿煤层底板布置，矩形断面，规格为6000×2300mm。

2.2.3 其他巷道

102综采工作面主运输顺槽和102综采工作面辅助运输顺槽之间布置3条联络巷，巷道规格为4400×2800mm，净断面为12.32m2。

2.3 采煤工艺

2.3.1 采煤工艺流程

采煤机由机头割三角煤后返刀→移过渡支架、推机头→由机头向机尾割煤→跟机移架→推移工作面前输送机→机尾斜切进刀割三角煤→移过渡支架、推机尾。

2.3.2 采高及循环进度

该工作面采高1.8m±0.1m，循环进度0.8m。

2.3.3 落煤方式

（1）割煤方式：双向割煤，采煤机往返一次割两刀。采用MG2× 200/925-AWD型采煤机落煤，截深0.8m。

（2）进刀方式：端头割三角煤斜切进刀。

（3）进刀段长度：30m。

（4）牵引方式：齿轮销轨式无链电牵引。

（5）牵引速度：4-6m/min。

（6）进刀过程：

1）当采煤机割至工作面端头时，刮板输送机移近煤墙，采煤机机身处尚留有一段下部煤如图a所示。

2）升降摇臂，将前滚筒将下，后滚筒升起，反向牵引，沿刮板输送机弯曲段割入煤墙，直至前刮板输送机弯曲段移成直线为止如图b所示。

3）升降摇臂，再次调换滚筒上下位置，返回割煤至机头处如图c所示。

4）割完三角煤后， 再次调换滚筒上下位置，反向正常割煤如图d所示。

2.3.4 装煤方式

采用MG2*200/925-AWD型采煤机螺旋滚筒装煤，人工清理浮煤。

2.3.5 运煤方式

煤由工作面SGZ800/1050型刮板输送机→SZZ800/315转载机→102综采工作面主运顺槽→+820水平胶带运输大巷→上仓胶带斜巷→井底煤仓→主斜井胶带输送机→地面原煤仓。

3 生产系统

3.1 运输系统

3.1.1 运煤路线

工作面→102主运顺槽→+820水平胶带运输大巷→上仓胶带斜巷→井底煤仓→主斜井→地面原煤仓。

3.1.2 运料路线

副斜井→井底车场→+820水平辅助运输大巷→102辅运顺槽（102主运顺槽）→102综采工作面。

副斜井→井底车场→+820水平辅助运输大→102回风顺槽→102综采工作面。

3.2 通风系统

3.2.1 通风路线

副斜井（主斜井）→+820m水平辅运大巷（主运大巷）→102主运顺槽→102综采工作面→102回风顺槽→+820m水平回风大巷→总回风石门→回风立井→地面。

3.2.2 工作面风量计算

（1）瓦斯绝对涌出量计算：102综采工作面绝对瓦斯涌出量取15.02m3/min。102综采工作面瓦斯的浓度不超过0.8%的要求计算。

Q采1=125×q绝×K=125×15.02×1.3≈2441m3/min

式中：K—沼气涌出平均稳定系数，取1.3。

（2）按人数计算：Q采2=4N=4×80=320m3/min

式中：N—工作面同时最多人数，取80人。

（3）按气象条件计算：

式中：Q基本—不同采煤方式工作面所需的基本风量，m3/min，

Q基本=60×工作面控顶距×工作面实际采高×70%×适宜风速=60×4.895×1.8×70%×1.0=370.06 m3/min；

K采高—回采工作面采高调整系数，取1.1；

K采面长—回采工作面长度调整系数，取1.4；

K温—回采工作面温度与对应风速调整系数，取1.1。

根据以上计算结果，工作面配风量按2441m3/min进行风速验算。

（4）风速验算：

根据《煤矿安全规程》规定，回采工作面最低风速0.25m/s，最高风速为4m/s的要求进行验算。即回采工作面风量应满足：

15×Sc≤Q采≤240×Sc

式中：Sc——回采工作面平均断面，m2（计算得12.32m2）

代入公式：15×12.32=184.8＜2441

240×12.32=2956.8＞2441

工作面配风量设计为2441m3/min符合《煤矿安全规程》要求。施工中，根据工作面实际情况，还可由通风部门按规定作适当调整。

4 防尘系统

（1）回风顺槽：回风顺槽消防洒水管路采用DN50钢管，从+820水平辅运大巷主消防洒水管路上引入。

（2）主运顺槽：主运顺槽消防洒水管路采用DN50钢管，从+820水平辅运大巷主消防洒水管路上引入。

5 应用效果

经过现场应用，本开采技术方案非常适合较薄煤层矿井地质条件，工作面“三机”配套合理，设备运转正常，顶板控制可靠，月产量最高达到13.6万吨。值得在较薄煤层类似地质条件矿井推广应用。