混合综采技术的应用研究

2020-07-15赵泽鹏

山西冶金 2020年3期

赵泽鹏

（同煤集团四台矿综采二队，山西大同 037000）

煤炭作为国民经济发展的重要能源资源，在人类社会进步中扮演着极其重要的角色，随着煤炭资源的日益枯竭和经济社会煤炭需求量的不断增加，如何提高煤炭的回采率，减速煤炭资源的浪费，便成了各煤炭生产企业日益关注的问题，特别是随着煤炭综采作业环境的日趋复杂，传统单一的综采技术方案已经无法满足日益严格的综采作业效率需[1]。因此本文提出了一种新的基于矸石充填综采和垮落综采的混合综采技术方案，该技术方案有效解决了矸石充填综采时成本高、周期长的缺陷和垮落综采安全性差、易出现二次沉降的缺陷，根据实际应用表明，该技术方案能够将综采效率提升7.2%以上，煤炭的回采率提升9.6%以上，显著的提升了煤矿井下综采作业的安全性和经济性，目前已在多个煤矿进行了应用，取得了较好的应用效果。

1 混合综采技术原理

混合综采技术是在传统的机械化充填综采和传统的垮落法综采技术方案基础上，对综采方法进行优化，提升其应用可靠性。在井下应用时根据井下地质情况，分别设置矸石充填综采机械设备以及垮落综采技术设备，在适宜矸石充填综采的区域首先利用井下巷道掘进或者煤炭开采过程中的煤矸石进行充填作业，当井下煤矸石不足以满足充填支护需求时，从地面的矸石仓内调运混合好的充填矸石混合物，通过充填物料输送设备传输的煤矿井下充填作业面[2]。在适宜于进行垮落综采的区域则采用传统的垮落综采方案和设备，两者最大的不同是分别采用不同类型的支护结构和采空区处理方法，在整个掘进的过程中采用两种技术方案交替进行作业，最大限度的提升了充填效率和回采率，该混合综采技术方案能够在保留成熟的综采作业的基础上有效地延展综采面的长度，显著提升煤矿井下综采面的煤炭出采率，进行混合综采技术方案如图1 所示。

图1 煤矿井下混合综采技术结构示意图

由图1 可知，该混合综采系统主要包括了混合综采面设备、地面矸石混合物传输设备以及煤矿井下煤矸石分离系统三个部分，混合综采面设备是整个井下混合综采系统的核心，决定着煤矿井下混合综采作业能否顺利进行，对各类综采设备协调性的要求较高。地面矸石混合物输送设备主要包括地面矸石破碎系统、矸石混合系统以及矸石传输系统，用于将地面上混合好的充填矸石混合物传输到地面综采充填区域，煤矿井下矸石分离系统则是对混合在煤炭中的矸石进行煤矸分离，为井下充填提供材料并提升煤炭的纯度。

2 混合综采面关键设备

混合综采面设备是整个井下混合综采系统的核心，决定着煤矿井下混合综采作业能否顺利进行，其混合综采的关键设备主要包括了电牵引采煤机、刮板输送机、混合充填过渡区域的支护设备及传统支护设备等，各类设备选型时需要根据所使用的区域做好匹配选型。

过渡区域液压支架需要满足在该区域对充填支护和垮落支护的双重支护需求，同时还要能够实现充填区域液压支架和垮落区域液压支架结构和功能的稳定过渡，因此过渡段设计时需要根据所选择的支护液压支架的结构进行专门的调整，确保支护作业的稳定性。过渡区域液压支架上不设置挡矸板，用于为采煤机机头和升降平台提供足够的空间，在液压支架后侧设置一组用于拉架的液压油缸，便于对区域内设备转运和调整时提供助力，提高操作效率，该过渡区域液压支架设置结构如图2 所示[2]。

图2 过渡区域液压支架支护结构示意图

在混合综采区域靠近矸石充填段需要对充填物料进行一定的夯实处理，因此对所用的液压支架具有特殊要求，在支架的后侧需设置一个自动的夯实机构，在综采作业过程中通过控制综采和填充的比例来满足对充填料夯实密度的要求，其整体结构如图3 所示[4]。

图3 充填区域液压支架支护结构示意图

3 混合综采工艺

煤矿井下的混合综采工艺和成熟的技术方案并无太大的区别，由于井下是由三种类型的支护体结构，因此为了确保三种支护结构和采煤机、刮板输送机的协调性，三种类别的液压支架采用相同的移架距离，同时为了避免出现综采死角，在进行综采时，在端部采用了三角煤斜切进刀的综采技术方案，按照准备—端部进刀—截割作业（0.5 m 循环进尺）—移架—刮板输送机移动等作业流程进行，根据在井下的实际验证，采用混合综采工艺后，在相同的煤层储存条件下，能够将综采效率提升7.2%以上，煤炭的回采率提升9.6%以上，显著提升了煤矿井下的综采作业效率和煤炭回采率。