21°煤层仰采煤炭高效运输管理的技术实践①

赵明江 王政敏 桂寒

(铁法煤业（集团）有限责任公司晓明矿 辽宁调兵山 112700 )

随着矿井服务年限的增加，一些老矿井出现了煤炭资源枯竭，剩余块段煤质差、地质条件复杂、开采难度大的现象，为了提高煤炭资源的利用率，最大限度地回收煤炭，使矿井生产布局合理，保证矿井生产接续，延续矿井服务年限，一些老矿井对这些区域进行尝试性开采，以便从中总结经验、创新思路、开拓新领域。晓明矿在这种背景下，开始对以前认为开采难度非常大的北翼八层工作面进行回采活动。以N3806工作面为例，该面倾向角度非常大，切眼和采止线落差196m，煤层平均倾角15°，最大可达21°，如此大角度仰采在集团公司尚属首例。通过一系列的回采实践，现场攻坚克难，解决了开采难题，尤其是胶带上山高效运煤管理，取得了良好效果，工作面大倾角仰采的成功回采，创出了日平均推进4m，日平均生产4000t原煤，月推进120m的成绩，为后续大倾角仰采工作面的高产高效[2]开采提供了大量可靠的技术实践经验。

1 北三806仰采工作面基本情况

1.1 地质概况

本工作面位于北三采区八层六段，运顺长943m，回顺长780m，切眼长260m，倾斜长934m，面积191634m2，储量34万t（如图1所示）。井下标高为：-379～-575m，邻区：北部、西部均为未采动区域，南部为北二采区中巷，东部靠近F320断层。本工作面开采8#煤层，煤层整体呈单斜构造，倾角9°～21°，平均15°，煤层与顶底板为整合接触，煤层有二个自然分层，厚度在0.90～1.20m之间，平均厚度1.05m，夹石一层为炭质泥岩，厚度在0.05～0.20m之间，平均厚度0.15m。

1.2 工作面布置

该工作面为左工作面，位于北三采区，沿煤层走向布置，工作面顺槽沿煤层倾向布置。工作面运顺通过运顺口溜煤眼与北翼胶带中巷连接。工作面运顺为矩形巷道，断面积15.0m2。运输巷道为机轨合一巷道，巷道一侧铺设胶带输送机，另一侧铺设轨道，安设移动变电列车，该巷道主要用于运煤、入风、运料及行人。工作面采用走向长壁后退式采煤法，全部跨落管理顶板。

1.3 设备配置

采煤机：MG300/720-WD型。机采高度为2.0m；适合倾角为≤45°；截深0.8m；机面高度1.22m；滚筒直径1.6m；牵引速度0～8.7m/min；采煤机供电电压为1140V。

刮板输送机：SGZ880/800型、转载机。SZZ800/315型、锤式破碎机PCM160型。

图1 N3806工作面及巷道布置平面图

图2 N3806工作面出切眼示意图

图3 胶带运输机压带车辊

液压支架：ZY6400/13/29型支架128组、ZY6800/15/35型支架50组，共178组。

胶带输送机：DSJ100/80/2×160型两部，电机功率2×160kW，带宽1000mm，带速V=2.5m/s,额定运输能力800t/h。

2 大角度仰采工作面的难题与解决方式

由于大倾角仰采没有可以借鉴的实际经验，在回采过程中出现了不同程度影响回采的技术问题。对问题采取有针对性的措施，保证安全生产顺利进行。

（1）工作面出切眼：N3806工作面切眼处于此区域煤层的最底部，回采开始所有设备要从水平位置进入21°上坡的煤层中（如图2所示），管理不到位就会出现支架穿层、采高超支架上限、支架拉抽屉等情况，甚至造成工作面冒顶的严重事故。对此，现场通过降采高、支架架脚下垫木料和运输机下垫木楔[3]、及时挑顶、架后强制放顶及保证支架初撑力等措施，通过5个循环就完成了工作面整体出切眼工作。

（2）综采设备配套：由于工作面仰采易出现片帮问题，设备配套过程中采用两侧端头用ZY6800/15/35型支架50组与MG300/720-WD型采煤机（1.6m直径滚筒）配套。实际安装过程中，发现采煤机回采在通过15/35支架时不能挑顶的问题。对此类问题将支架连接头长度由260mm增加到600mm，通过加长支架连接头的方式，实现了挑顶的生产工艺，确保仰采工作面沿煤层正常推进。

图4 胶带运输机防跑偏辊

图5 胶带固定防滑条

（3）推移运输机:工作面仰采角度过大，运输机的推移出现较难度，尤其是机头机尾推移更是难度加大经常出现拉抽屉的情况。现场通过架后放顶、两顺增设液压缸等措施实现了正常推进。

（4）运顺拉移变电列车: N3806运顺变电列车位置最大坡度达18°，给拉移变点列车增加难度，为达到安全移设的目的，通过反复核算效验，采取了在变电列车前稳固两台SDJ-28（绳经Φ32）型回柱绞车，共同分段迁移变电列车，第一段拉3台移动变电站和电缆车，第二段拉剩余车辆，实现了安全作业。

（5）两顺物料防倒防滑：在运回顺设置挡货栏装置，防止出现物料下滑的安全问题。

3 煤炭运输的难题与现场管理

工作面刮板输送机→运顺转载机、破碎机、胶带输送机→N3806运顺溜煤眼→北翼七层胶带中巷→北翼胶带下山→主井→地面。运输设备配置情况如表1所示。

随着生产的进行，工作面内部仰采的难题得到了有效解决，生产趋于正常。回采初期工作面出煤量较小时，胶带运输还是比较顺畅，随着工作面生产调整到合理状态后，生产能力越来越大，工作面煤炭拉运的不稳定性逐渐暴露出来，主要矛盾就是工作面出煤量大，而运顺胶带输送机经常出现能力不足的现象。共有三方面问题，即：胶带、卡子强度不足；胶带飘带、跑偏；胶带面打滑。

表1 运输设备配置明细表

3.1 胶带、卡子强度不足

胶带卡子开裂强度不足，经分析受胶带卡子受自身重力和拉货量的双重影响，已经不能满足能力要求。

3.1.1 采取措施

（1）采用强力胶带扣：将原来使用的普通SU1000（8-10）型胶带扣全部更换为SU1000（7-12）新型强力胶带扣，通过现场使用实践未出现开裂问题。

（2）降低上货量：由于回采初期，采煤机速度调整不合适，工作面出煤量不稳定，要求采煤队将采煤机截割速度由3.5m/min降至3.0m/min以下，来适应胶带拉运煤炭，经实践效果较好。

（3）更换高强胶带：在出现胶带及卡子开裂的现象后，有把普通PVC1000×1000S型胶带更换PVC1000×1400S型强力胶带的想法，由于矿没有现货，考虑到要投入大量资金，就没有更换新型胶带。

3.1.2 效果

通过更换胶带及卡子，并控制采煤机速度，杜绝了卡子开裂问题。

3.2 胶带飘带、跑偏

出煤过程中还遇到了胶带飘带的情况。由于运顺坡度在15～21°之间不断变化，胶带尾滑道也存在坡度变化的客观实际，坡度不一致带来相关的问题，经常是胶带飘起来不能贴在缓冲辊上，转载机头落煤就会将胶带砸偏，严重影响运煤。

3.2.1 采取措施

（1）平整底板使胶带尾滑道坡度合理：由于运顺巷道随不稳定煤层坡度不断变化，胶带尾滑道则随着坡度变化而变化，同时存在人为的原因，即：拉底施工质量不合格，对巷道底板坡度造成影响，现场通过管理，拉底施工要求滑道尾和底板处于一个坡度，减少了坡度变化带来的影响，缓解了胶带飘带。

（2）压带辊：对胶带飘带问题，在胶带滑道尾设置压带辊（如图3所示），强制将胶带尽量落在缓冲辊上，但随着转载机推进，会重复出现皮带飘带，这个方式只解决了部分胶带飘带的问题。

（3）加设防跑偏辊：对胶带飘带跑偏问题，在胶带滑道尾前端设置跑偏辊（如图4所示），强制限制胶带左右摆动，杜绝胶带跑偏。

（4）推移转载机后及时调整胶带滑道：工作面转载机与胶带滑道经常不在一条直线上，有一定的夹角，落煤点偏也会造成胶带飘带或跑偏，要求生产过程中推移转载机时要及时调整胶带滑道和转载机落煤位置关系，确保落煤位置合理，缓解胶带跑偏。

3.2.2 效果

现场通过拉底、安装防跑偏辊和压带辊等防飘带设备及调整关联设备位置关系，解决了胶带飘带、跑偏。

3.3 胶带面运煤打滑

当运顺巷道及胶带尾坡度控制好以后，胶带坡度基本一致，最大坡度达到18°，又出现了胶带拉煤打滑，煤炭始终在转载机落煤点，不往前运货。

3.3.1 采取措施

【美国森图斯能源公司网站2018年10月2日报道】 2018年10月2日，美国森图斯能源公司(Centrus Energy)宣布从美国能源部(DOE)获得总价值为1500万美元的工作授权，准备对能源部位于田纳西州橡树岭(Oak Ridge)的K-1600设施进行去污和退役。

（1）现场人工推货：生产过程中刚刚出现运煤打滑情况时，现场作业人员采取了非常规做法，人工用锹推煤块的方式，有时能将煤炭运出。实际没有一点效果，且属于违章行为，被现场制止。

（2）胶带上面淋水：在胶带尾处设一根φ10mm高压胶管，始终在胶带面上少量淋水，增加胶带面的摩擦力。通过现场实际有一定效果，当坡度达到16°以上就失去效果。

（3）胶带上面淋强力胶带胶：在胶带面上少量淋强力胶带硫化胶，增加胶带面的摩擦力。通过现场实际看，硫化胶粘接不牢，运行一周就脱落，不能根本解决问题。

（4）人为降低胶带滑道角度：采煤队在每天缩移胶带滑道时，采用圆木垫滑道尾，使尾部坡度尽量水平，人为将滑道坡度降低2°～3°，减少胶带打滑的概率，保证正常拉运煤炭。实际的生产效果不明显。

（5）胶带上面固定防滑条：在胶带上面每隔3m固定一道600mm×100mm的胶带条（如图5所示），采用气动手枪钻打孔，将铝制铆钉固定在胶带条上，每根胶带条固定3～5处。通过实际操作，大大缓解拉运煤炭打滑的问题，保证工作面煤炭生产的正常进行。

3.3.2 效果

通过增设固定防滑条的方式可有效解决胶带拉运煤炭打滑的问题。

4 理论分析胶带面运煤打滑原因

（2）上山拉运煤炭的结论：可以得出，当坡度大于17.8°时，摩擦力小于下滑力，造成胶带上的煤炭打滑。现场施工过程中，胶带摩擦系数还会随胶面老化而减小，即坡度小于17.8°也会出现煤炭下滑的现象，必须加强防滑管理。

5 胶带拉运上山的管理重点

（1）胶带输送机拉运上山时，要提前准备强度足够的胶带及卡子，并有应急措施。

（2）仰采工作面要控制出煤量和速度，并要保证出煤量均匀稳定，采煤机截割速度要控制在3.0m/min以内，且均衡生产。

（3）胶带拉运煤炭必须调整好胶带机的状态，保证滑道与巷道坡度一致，特别是胶带尾滑道要尽量平直。

（4）现场通过拉底、安装防跑偏、防胶带飘带的设备并及时调整关联设备的关系，任何时候胶带都能平直落在胶带辊上，这样才能保证连续不断的大量运煤。

（5）当上山胶带拉运煤炭坡度接近16°时，必须有向上的带煤装置，克服摩擦力不足和胶带拉运煤炭打滑的问题。通过固定防滑条、更换防滑胶带等方式达到防打滑的目的，满足大坡度上山拉运煤炭的要求。

6 结语

通过N3806工作面21°仰采的回采实践，促进了大倾角仰采煤炭高效运输管理和配套设备的防滑技术的进步和发展，填补集团公司在大倾角煤炭运顺管理上的技术空白，为今后相同地质条件工作面的回采提供依据。该技术的现场应用保证了安全生产顺利进行，2019年12月至今，该工作面生产期间杜绝了胶带跑偏、胶带飘带和煤炭运输打滑的情况，单月进尺90m，累计回采原煤6万余t，经济效益可观，并从中积累了宝贵经验，实现了安全高效回采。