综采工艺在急倾斜煤层推广的可行性

蒋小铭+马锋

摘 要：本文分析了国内煤矿的安全形势，举例说明了在急倾斜煤层如何推广综合机械化采煤工艺，文中对急倾斜煤层特征、三机选型、劳动组织、经济是否合理进行了简述，强调了在急倾斜煤层矿井中推广综合机械化采煤工艺的可行性和必要性。

关键词：急倾斜；综采 ；推广；可行性

中图分类号：TD823 文献标志码：A

0 前言

煤炭是我国的主体能源，煤矿安全生产关系煤炭工业持续发展和国家能源安全，关系数百万矿工生命财产安全。近年来，通过各方面共同努力，煤矿安全生产形势持续稳定好转。但事故总量仍然偏大，重特大事故时有发生，暴露出煤矿安全管理中仍存在一些突出问题。

1 煤层特征

急倾斜煤层是指赋存倾角大于45°的煤层，我国急倾斜煤层的储量大约占煤炭总储量的17%，其年产量仅占全国煤炭总产量的3%。据统计，我国626处国有重点煤矿和地方煤矿中，开采急倾斜煤层的矿井有103处，占16.5%。

某矿K21煤层结构简单，以单一煤层为主。K21煤层属较稳定煤层，矿区内大部可采，煤层厚度0.6m～1.3m，平均1.0m，煤层倾角74°～83°，平均倾角75°。煤层顶板为致密性灰质泥岩，厚度1.0m～2.7m；底板为致密性灰质泥岩，厚度0.8m～2.3m。煤层不含夹矸，伪顶厚0.15m，局部有小褶皱。

2 三机选型

针对倾角大于45°、厚度在0.8m～1.3m的煤层开采，推广急倾斜薄煤层综合机械化开采技术及工艺，主要应该研究工作面防倒、防滑、防飞矸技术，研究采煤机及附属装置、液压支架、导向输送机等配套设备的适用性，三机配套效果的稳定性。

2.1 工作面层面角的确定

为减小顶底板垮落和煤炭开采时对邻近煤层的影响，避免飞矸、煤块对人员及设备的损伤，可通过增大工作面斜长改变煤岩块的自流角度和方向，使煤岩块自流时偏向煤壁方向，以保证作业区的人员和设备的安全，降低对顶底板岩层的破坏，减小对上下邻近煤层的影响。图1中OC为俯伪斜工作面布置位置。

图1中，β=∠OBA是倾斜层面OBC的真倾角，β?=∠OCA是层面的伪倾角。二者的关系与层面回转角δ （平面回转角δ?）有关。

根据某矿方要求，工作面煤层倾角按75°考虑，为达到煤层开采时的伪斜角度60°～65°的要求，由上述公式计算可知工作面层面角应为：

综合考虑层面角的选择对导向输送机长度及排布的影响，层面角确定为68°。在工作面中，导向输送机布置方向需与层面角一致。支架垂直布置，前端也应与层面角一致的倾斜角度，从而保持整个工作面恒定的空顶距，保证正常采煤和对顶板的控制。

2.2 液压支架工作阻力的确定

如图2所示，当使用φ200mm缸径单伸缩+机械加长段立柱时，分别取摩擦系数f=0.2和0.3，泵站压力P=31.5 MPa，通过计算，得出上架在支撑状态向上的合力F上、下架在未支撑状态向上移动的阻力F下见表1。

通过对表1的数据对比可以看出，在相同的条件下上架在支撑状态向上的合力F上始终大于下架在未支撑状态向上移动的阻力F下。因此上架在支撑状态下，通过连接在上架的防倒防滑千斤顶拉移处在未支撑状态的下架时，上架可以稳固的支撑住而不会因拉移下架而向下滑动。防倒千斤顶采用缸径为φ125/70mm的双作用千斤顶，拉力随工作液压力的增大而增大，在工作液压力P=31.5 MPa时，千斤顶最大拉力为：

通过以上计算可以看出防倒千斤顶的拉力大于支架在未支撑状态时向上移动的阻力F下，而小于上架的稳固作用力，因此在支架下滑时，防倒千斤顶能够顺利的拉动下架，不会影响上架，从而调整支架到合适的工作位置，防止支架的倾斜滑动。综上所述，支架选用φ200mm缸径的立柱，泵站压力为31.5MPa时，初撑力为1978kN，支架工作阻力确定为2400kN较为合适。

2.3 综采三机配套参数

如图3所示的急倾斜综采三机配套中部断面图，工作面真倾角74°～83°（取75°），层面角68°，工作面斜长91m，需综采支架共56架。工作面所需综采设备见表2。

液压支架为急倾斜掩护式液压支架，支加高度850m～1550mm，宽度1420m～1680mm额定工作阻力2400kN，適应倾角≤85°，走向角度≤10°，支架重量约9.3t/架。采煤机为多电机横向布置大功率电牵引采煤机，采高范围1.1m～1.4m，滚筒直径1150mm，滚筒有效截深590mm，可截割矿石硬度f≤3，适应工作面倾角0°～75°，机身重量约21t。输送机硬度适应条件f≤4，适用倾角45°～85°。

3 劳动组织

根据急倾斜俯伪斜综采工作面实施条件、俯伪斜综采装备、开采工艺要求、设备维护要求以及俯伪斜综采工作面管理需要，工作面采用“三、八”制循环作业，实行两班采煤，一班准备。急倾斜俯伪斜综采工作面经按岗排列，劳动定员共计38人，其中每班工作面生产人员7人，工作面生产在籍生产人数48人，见表3。

4 经济效益估算

按照某煤矿提供的目前采煤设备投资情况，以及参与技术支撑的急倾斜俯伪斜综采厂家设备预报价，经初步估算：急倾斜俯伪斜综采工作面设备总投入1917.63万元[其中设备购置费1718.2万元、安装工程费189.43万元（含安装材料费）]。根据采煤工作面材料费、采煤工作面动力及燃料费估算、单个采煤工作面职工薪酬、单个采煤工作面修理费及单个采煤工作面折旧费等5个计算原则进行成本估算，单个工作面实施急倾斜俯伪斜综采后成本约为125.73元/t。

实施急倾斜俯伪斜综采后单面用人为48人；单面原煤产量由原来2.4万t/a提高到7.46万t/a。实施综采后，采煤工作面员工的劳动强度下降，工资上浮了约20%。实施综合机械化采煤工艺后，若按照一套综采设备报废年限8年计算，设备投入摊销到吨煤成本中提取，该矿井在原放炮落煤的采煤工艺的对比下，每年可增加年利润2127.46万元，8年共计增加利润17019.68万元。

5 结论及建议

5.1 结论

我国开采急倾斜煤层的矿井有103处，占16.5%，但综合机械化采煤工艺在急倾斜煤层并未全面推广。通过重庆松藻煤电有限责任公司和重庆能源投资集团科技有限责任公司的联合试验，已在多家煤矿进行工业试验，并取得了成功。

5.2 建议

任何开采急倾斜煤层的矿井，在准备投入综合机械化采煤工艺之前，需提前由有专业资质的单位进行“本矿井综采可行性研究”，以减少资金投入的损失，保证新工艺的推广应用成功。

参考文献

[1]周颖.大倾角煤层长壁综采工作面安全评价研究[D].西安科技大学，2010.

[2]伍永平.大倾角煤层机械化开采的关键技术与对策[J].矿山压力与顶板管理，1993（1）：60-63.