煤矿最佳回采工艺的选择及设备选型

李志杰

（阳泉煤业集团和顺新大地煤业有限公司， 山西 晋中 032700）

引言

煤炭作为一种不可再生能源，在未来很长一段时间内依然在我国能源结构中占据主导地位。为了确保煤炭产量与工业生产及人们生活的需求相适应，需对煤炭的开采技术、工艺以及综采设备的生产能力进行不断优化改进。我国煤炭储量主要集中在山西、贵州、内蒙古等地，由于地理位置的不同各个煤层的情况各不相同。目前，我国所开采煤层占据比例最大的为缓倾斜煤层，其次为倾斜煤层，最后为急倾斜煤层[1]。其中，由于当前采煤工艺及采煤技术的局限性，针对缓倾斜煤层中的薄煤层和极薄煤层开采受到制约，造成工作面煤炭无法得到百分之百的开采，进而造成能源的浪费。因此，针对薄煤层和极薄煤层的开采需为其设计最佳回采工艺，使得煤炭资源得到充分开采。

1 工程概况

以和顺新大地煤业有限公司某工作面3 号煤层为研究对象，3 号煤层的主要情况如下所述：

1）3 号煤层厚度为5.55～5.80 m，平均厚度为5.68 m，局部含夹矸一层，厚度0.33～0.35 m，平均厚度为0.34 m。

2）工作面地质构造情况：工作面以南106.9～202.5 m，工作面以东27～228.6 m 位置发育有KX48陷落柱；二次解释显示该陷落柱发育于工作面以南83.5～193.2 m，2205 外切眼东帮以东20～197.4 m 位置。根据打钻探测结果显示：该陷落柱东边界距内切眼西帮为178 m，西边界距内切眼西帮为317 m，预计陷落柱长轴143 m，短轴68 m，陷落柱不富水，不导水。

3）工作面瓦斯、火、煤尘情况：经工作面实测，瓦斯含量为7.236 2 m3/t，可解吸瓦斯含量为4.834 0 m3/t，不易自燃。地温小于26 ℃，属于正常地温，无热害危险。

4）工作面地质水文情况：根据瞬变电磁勘探结果显示，工作面掘进范围上方发育有一处3 号煤顶板富水异常区。预计正常涌水量为2 m3/h，最大涌水量为7 m3/h。该工作面属于承压开采区域，3 号煤底板标高为+443.0～+455.0 m，和顺新大地煤业有限公司奥灰水水位标高为＋639 m，承压184.0～196.0 m高水柱，隔水层厚度为141.87 m，突水系数为0.023 MPa/m，进行掘进工程时要引起高度重视。

2 工作面综采回采工艺的可行性研究

目前，3 号煤层工作面一直采用综采回采工艺或普通机械化采煤设备进行回采。但是，采用上述两种回采工艺并未取得预期的效果，导致工作面的产煤效率太低[2]。经分析导致上述问题的主要原因为3 号煤层的地质构造复杂多变，而且3 号煤层薄煤层所占比例较大，整个工作面煤层的变化较大。就综合机械化回采工艺在3 号煤层的应用，有如下问题无法解决：

1）3 号煤层工作面的向斜构造和背斜构造多，斜构造形式如图1 所示。

由于上述向斜构造多，只有将刮板输送机安装到向背斜构造的轴部才能够实现运输任务，而刮板输送机无法实现较大角度的向上弯曲和向下弯曲。因此，3 号煤层向背斜构造多的原因导致采煤机无法来回移动。

2）该工作面煤层厚度的变化范围较大，且薄煤层所占比例较大。当在生产中遇到薄煤层时，无法实现采煤机的移动和液压支架的平移。而且，当生产过程中遇到顶板破碎带时，难以对顶板进行支护，进而容易出现漏顶的事故发生[3]。

3）工作面采用综合机械化回采工艺要求上下巷处于平行的状态，从而保证工作面长度相对稳定。但是，3 号煤层工作面无法实现上巷和下巷的平行，需尽可能地减少运输设备的台数，否则需通过改变原有巷道的方向，提升工作面的采煤效率。紧接着，改变原有巷道的方向造成了3 号煤层工作面长度的不稳定，无形增加了综采回采工艺的开采成本，提升了综采回采工艺的施工难度。

4）由于3 号煤层薄煤层所占比例较大，而针对薄煤层的液压支架类型较少。而且，3 号煤层开采时采高变化较大，目前尚未有采高变化大的液压支架。综上所述，3 号煤层采用综合机械化回采工艺是不现实的、不合理的。因此，拟采用普通机械化回采工艺或炮采回采工艺对其进行开采[4]。

3 最佳回采工艺确定及设备选型

为保证最终所选择回采工艺为最适合3 号煤层工作面的特点，从开采效率、顶板管理劳动量以及资源回收率方面对普采和炮采回采工艺的优劣性进行对比。

3.1 最佳回采工艺的确定

1）顶板管理劳动量方面的对比。当采用炮采回采工艺时，需对3 号煤层工作面采用三排五柱的支护方式，排柱的间距分别为1.2 m 和0.8 m，回采率为97%。经计算可知，基于炮采回采工艺每生产1 万t煤的平均回柱量为5 814 棵。当采用普采回采工艺时，需对3 号煤层工作面采用四排六柱的支护方式，排柱的间距分别为0.8 m 和0.8 m，回采率为97%。经计算可知，基于炮采回采工艺每生产1 万t 煤的平均回柱量为8 712 棵。综上所述，炮采回采工艺能够有效减少工作面顶板支护的管理劳动力，有效缩短循环时间。

2）开采效率方面的对比。对于普通煤层工作面而言，基于炮采回采工艺的产量低于基于普采回采工艺的产量。而对于3 号煤层的特点而言，基于炮采回采工艺的产量高于基于普采回采工艺的产量。而且，普采的事故率较高。基于炮采回采工艺，采用三班倒的工作制度，每班产量为251 t，则每天的产量为751 t，则每个月的理论产量为22 590 t。按照炮采循环率为90%计算，则基于炮采回采工艺的实际月产量为20 331 t。而普采回采工艺的循环率为70%，每月的实际产量仅为17 535 t。因此，基于炮采回采工艺每月比普采回采工艺多2 796 t，按照每吨煤的价格为340 元。则，炮采回采工艺每月可多盈利2 796×340=950 640 元。综合对比分析炮采回采工艺和普采回采工艺开采效率和顶板支护管理的劳动量，炮采回采工艺均优于普采回采工艺[5]。因此，针对3 号煤层的特点与其对应的最佳回采工艺为炮采回采工艺。

3.2 最佳回采设备的选型

根据该工作面的煤层特点及所选择的工艺，为其选择最为合适的综采设备。液压支架和刮板输送机与工作面特点相关性大。因此，此处完成对液压支架和刮板输送机的选型，液压支架型号为ZF56200-18，刮板输送机型号为SGZ900/750，其参数分别如表1、表2 所示。

表1 ZF56200-18 液压支架选型参数

表3 SGZ900/750 刮板输送机选型参数

4 结语

煤矿工作面所选用的回采工艺是决定该工作面生产效率的关键因素。因此，不同采煤工作面需综合对比分析其煤层、地质水位、地质构造等情况，从当前应用最为广泛的综合机械化化回采、普通机械化回采以及炮采回采工艺中选择最佳的采煤工艺，以达到工作面的产煤效率最高、顶板管理劳动量最小、生产成本最小等目的。本文针对3 号煤层薄煤层比例较大的特点，最终选择最佳回采工艺为炮采。