郑庄矿井采煤方法与设备选型研究

燕怀华

（晋煤集团郑庄矿井项目筹建处，山西 晋城 048000）

1 郑庄矿井地质概况

郑庄矿井位于沁水县东17.5km处，南距阳城县27km。井田地理座标为北纬 35°39′00″～35°47′00″，东经 112°17′45″～112°28′00″。井田位于延河泉域北边界剥蚀山区，沟谷切割较深，出露二叠、三叠系，第四系松散沉积物分布于山梁及沟谷之中，井田边界为人为边界，同层含水层与周边存在水力联系。

根据地质资料显示，盘区开采的3号煤层倾角0～16°，局部约20°，厚度为5.03～6.14m，平均厚5.53m，含泥岩、炭质泥岩夹矸0～2层，以距顶板约0.50m左右和距底板约1.00m左右的两层较为稳定(厚度在0.05～0.60m之间)。北一盘区范围内的断层有8条，最大落差20m，未见岩浆岩侵入，但发现陷落柱21个。顶板主要是泥岩、砂质泥岩，次为粉砂岩，局部为中、细粒砂岩或粉砂岩。底板为黑色泥岩、砂质泥岩、深灰色粉砂岩。煤层瓦斯含量较高，煤层不易自燃，煤尘无爆炸危险性。盘区部分地温为31～42.5℃外，为二级热害区。

2 郑庄矿井采煤方法选择

2.1 现有采煤方法分析

由上述地质条件可知，本矿存在煤层突出危险，且不具备泄压开采煤层条件。在综合考虑矿井的工程地质条件的基础上，可供3号煤层选择的采煤方法有分层综采和大采高一次采全厚综采[1-4]。分层综采是我国当前厚及特厚煤层的主要采煤方法之一，该采煤方法在大中型矿井中普遍采用，并积累了较为丰富的开采技术经验。但该方法存在地层条件的适应性差、巷道系统复杂工序繁多、费效比低等特点。大采高综采是当前国内应用较为广泛的一种方法，适合于煤层厚度为3.5～6m，煤层及顶底板中硬以上的岩层[5]，能够进行矿井高度集中生产，采用一井一面的方式，工作面生产能力较传统方法大，工作面推进长度一般可达3000～4000m，其中神东矿区最长已达5000m以上。该方法具有工作面直接生产成本和矿井吨煤生产成本低、经济效益好等特点。

2.2 采煤方法确定

井田内大部煤层倾角0～10°，根据两种采煤方法的工作面生产能力与效率比较，本矿井推荐采用长壁大采高综采，工作面单产为4.0Mt/a左右。考虑本矿井局部煤层倾角大，在首采区（北一盘区）东北部煤层倾角达到15～25°，北一盘区主要开拓巷道至盘区北部边界约640m，在主要大巷以北翼290～360m位置发育有F7、F8断层，落差5～20m，两条断层呈“十字”交叉状，如垂直主要大巷直接布置工作面，工作面长度640m，工作面走向推进长度短，且受断层影响。在对国内类似矿井大采高、大倾角工作面开采进行充分研究的基础上，认为在采取适当措施后，本矿井在煤层倾角大于15°、煤层厚度大于5.0m的俯斜工作面进行综合机械化开采是可行的，且能够保证矿井设计生产能力，达到高效安全生产的目标。

3 郑庄矿井采煤设备选择

3.1 采煤设备选型原则

郑庄矿井设计定位是现代化的特大型矿井，能够实现高效安全生产的目的，生产周期高度集中，工作面生产能力大，回采工作面的每道工序均应采用新型机械化设备。当前大量的综采工艺研究和实践表明，只有通过加大工作面长度和大截深，选用能切割硬煤的大功率采煤机，提高采煤的切割速度，相应要求提高移架速度，与大运量的重型可弯曲刮板输送机相匹配，搞好端头支护，采用长距离胶带输送机，才能够满足矿井高产高效的综采工作面要求。针对这些要求，对于综采系统设计考虑了以下原则：

（1）机械设备的选择首先满足技术先进、生产可靠和提高开机率的要求，同时各设备间要相互配套，保证运输畅通，以期达到采运平衡，最大限度地发挥综采优势，实现高产高效；

（2）适当加大工作面长度和推进长度以减少搬家频次，为综采工作面快速连续开采创造条件；工作面巷道采用多巷布置、矩形断面、锚梁网索支护、综掘机掘进，以提高掘进速度，保证工作面的接替要求；

（3）辅助运输系统要求系统简单，环节少，能快速搬家，能把工作人员快速方便地运送至工作地点，并在巷道布置上加以保证；

（4）设备尽量与邻近矿井相近，以达到晋煤集团各矿井设备、管理、技术、人员共享，可最大限度地降低采购检修及备品备件成本，提高备件供应及时性，降低设备使用风险；

（5）在充分考虑机械设备服务年限的基础上，着重考虑前期开采盘区煤层条件，同时也应兼顾后期盘区的开采条件。

3.2 主要设备选型

3.2.1 采煤机

随着综采工作面装备水平的提高和矿井生产能力的增大，采煤机选型有向大截深、高速度、大功率发展的趋势。根据本区煤层条件，采煤机选型应满足以下要求：（1）煤层厚度大、硬度大、含夹矸，应选用大功率采煤机；（2）煤机截割效率高，装煤效果好；（3）牵引速度快，稳定性好，操作安全，采用可遥控的电牵引采煤机。

根据以上技术要求，根据采煤机参数计算结果，并结合地质条件、煤层赋存情况、相邻矿井现有采煤设备使用情况，设计选用SL500型电牵引双滚筒采煤机，配破碎滚筒、挡矸与防倒防滑等装置。其主要参数如表1所示。

表1 SL500型电牵引双滚筒采煤机参数

3.2.2 液压支架

液压支架是综采工作面主要设备之一。目前国际长壁工作面液压支架基本向两柱掩护式宽架型高阻力大流量电液控制方向发展，约占全部架型的90%。国内外长壁工作面的生产经验表明，液压支架是工作面装备中投资最多的设备，约占60～70%，因此把支架的可靠性放在首位，不但要稳定可靠，故障率低，而且使用寿命要长。近年来液压支架向重型化发展，支架工作阻力均逐年增加。

北一盘区内煤层埋深700～900m，煤层顶板一般为泥岩、砂质泥岩及粉砂岩，采煤工作面采高大，因此，借鉴国内外高产高效工作面开采经验，大采高工作面选用稳定性较好的两柱掩护式液压支架，顶梁前端可调并带护帮板，底座为带提底座千斤顶的加长刚性底座。根据以上液压支架参数计算结果，设计选用ZY12000/28/62D型支撑掩护式液压中间支架，配三级护帮、防倒滑调架油缸、提底座装置等，其主要参数如表2所示。

表2 ZY12000/28/62D型支撑掩护式液压支架主要参数

3.2.3 其他设备

乳化液泵站要保证其液压系统与所选择的液压支架系统相匹配，达到移架速度的要求；工作面胶带输送机要与工作面推进长度及生产能力相适应，设计选用DST140/250/2×400型可伸缩带式输送机；其他设备超前支护材料、煤层注水钻机、煤层注水泵和供配电列车等设备可以在满足设计参数条件下使用国产或其他国外设备。

4 结语

郑庄矿井是在建的现代化特大型矿井，具有生产过程高度集中、工作面生产能力大等特点。为达到矿井高效安全生产的目标，本文在充分考虑郑庄矿井工程地质条件的基础上，进行采煤方法和设备选型研究。研究表明本矿井在煤层倾角大于15°、煤层厚度大于5.0m的俯斜工作面进行综合机械化开采是可行的，同时通过计算选用了满足该矿井生产要求的采煤配套设备，为类似的大倾角厚煤层开采提供一定借鉴。