机械化回采工艺及设备安装技术研究

孙国强

（山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿， 山西 古交 030200）

引言

近年来，随着综采工作面开采技术及综采设备自动化水平的不断提升，煤炭生产能力不断增加，目前煤炭开采正处于从赋存条件较好煤层转换为大倾角复杂难采煤层的阶段[1]。为了继续保持或提升复杂难采煤层的开采效率和安全性，需从根本上解决开采技术问题。本文将针对复杂难采煤层对回采工艺和设备安装技术进行研究。

1 工程概况

经探测可知，屯兰矿井总煤层厚度为80～100 m，共有可开采煤层七层，七个煤层中主要开采煤层为1 号、4 号、6 号煤层，其余 2 号、3 号、5 号以及 7 号煤层结构不稳定，在实际开采中存在尖灭的情况。本文以屯兰矿1 号煤层为例开展研究，该煤层的走向长度为670 m，其中倾斜工作面的长度为85 m 且倾斜工作面与水平工作面的倾角为33°，煤层的平均厚度为39°，煤质较弱。1 号煤层工作面的顶底板情况如表1 所示。

目前，屯兰矿针对1 号煤层的开采进度处于回采阶段。经探测，1 号煤层回采阶段可供开采煤炭的总量为63.82 万t，估计需0.88 a 完成开采任务。在实际开采中瓦斯的绝对涌出量为14.04 m3/min，瓦斯的相对涌出量为10.17 m3/t。

2 机械化回采工艺的应用技术研究

所谓综合机械化回采指的是将回采工艺与机械化开采设备联合起来的开采手段。综合机械化回采工艺具有产量高、开采效率高、作业人员劳动强度低、煤炭损失量小等优势[2]。总的来说，1 号煤层工作面的地质条件相对简单，具备应用机械化回采工艺的特点，即说明1 号煤层工作面具备应用机械化回采工艺的能力。本节将结合机械化回采工艺的特点及1 号煤层工作面的实际条件完成回采工艺的设计。

表1 1 号煤层工作面顶底板情况

2.1 回采巷道的布置

屯兰矿井目前以立井开采为主，共包含有三个井筒，分别为主井、副井和回风井。其中，主井和副井为进风，回风井为回风。整个矿井的通风方式为中央并列式[3]。结合矿井的整体布局、工作面长度、煤层倾角等参数将回采巷道的整体布置设计如图1 所示。

如图1 所示，回采巷道处于-400 m 和-600 m之间，中间包含了轨道下山、胶带机以及回风巷道等；其中，轨道下山巷道与回风顺槽和运输顺槽巷道相通；胶带机下山巷道与运输顺槽相通，从而实现了整个工作面生产系统的设计。

图1 回采巷道布置图

2.2 回采巷道的支护设计

矿井回采巷道的断面形状为半圆拱形状，巷道的宽度为4.2 m，巷道的高度为3.2 m。结合常规回采巷道的支护形式及该断面的岩层特性拟采用锚杆+锚索联合支护手段对其断面进行支护，现对具体支护参数进行阐述。

锚杆支护参数：锚杆直径为20 mm，锚杆长度为2 500 mm，间距为800 mm，排间距为800 mm。

锚索支护参数：锚索直径为15.4 mm，锚索长度为6 000 mm，锚索间距为2 000 mm，锚索排间距为800 mm。

锚杆+锚索支护的基础上，采用网格规格为50 mm×50 mm，总长度为6 000 mm，总宽度为1 000 mm 的金属网对其进行强化支护。此外，本方案中的锚杆和锚索均采用树脂锚杆进行锚固。

2.3 综采工艺参数的设计

针对矿井的回采任务，采用“三八”工作制度，其中两班为正常生产，另一半为检修班。具体回采工艺流程如下：采煤机在下行割煤的过程中对应液压支架的前梁和护帮板伸出；下行割煤结束后调节采煤机滚筒高度开始上行采煤，并对底煤进行清理，与此同时，对应液压支架的护帮板收回并完成移驾操作[4]。结合屯兰矿其他开采煤层的设备选型，为1 号煤层工作面配置的设备如表2 所示。

表2 机械化回采设备配置与参数

3 机械化回采设备的安装

结合实际生产的设备需求，对1 号煤层工作面安装的回采设备包括有端头支架（1 组）、基本液压支架（33 架）、刮板输送机（1 台）以及采煤机（1 台）。回采设备安装之前需通过运输巷道将待安装的设备运输至工作面，并按照标准安装顺序完成安装任务[5]。

回采设备的运输路线：将待安装的回采设备在地面进行分解，通过副井的罐笼经大巷、立井车场、回风顺槽等巷道运输至开切眼工作面。

回采设备的安装顺序：将工作面的切眼贯通，并对巷道的两帮进行拓宽，按照安装液压支架-刮板输送机-采煤机的顺序分别进行安装；“三机”安装完成后进行调试运行后即可投入生产。液压支架相比采煤机和刮板输送机安装过程复杂，本节着重对液压支架的安装过程进行阐述。液压安装需经历地面装车、边界上山转弯处支架运输、支架硐室组装、开切眼支架调转等过程。

地面装车是液压支架在工作面安装的准备工作，1 号煤层工作面将地面支架装车分为两队，将液压支架分解为三部分，并按照液压支架顶梁、底座、立柱、尾梁的顺序对液压支架进行安装。

边界上山转弯处液压支架零部件的运输效率直接决定整个液压支架的安装效率。结合本工程，从-473 回风顺槽至-522 回风顺槽的路况相对复杂，中间存在多个S 巷道，且巷道的倾斜角度过大。因此，针对上述路线的运输应始终保持钢丝绳与平板车的垂直，采用慢放急停的原则对钢丝绳进行下放。鉴于综采工作面空间小，一般在支架硐室对液压支架进行组装，再将其运输至工作面。

开切眼支架调转为液压支架安装难度系数最大的过程，将在支架硐室组装好的液压支架采用两台绞车运输。其中一台绞车的主要任务是牵引液压支架，另一台绞车的主要任务是松车。

综上所述，可将液压支架的安装技术归纳如图2 所示。

图2 液压支架安装示意图

4 结语

机械化回采工艺具有产量高、开采效率高、作业人员劳动强度低、煤炭损失量小的优势，为解决大倾角复杂煤层开采效率低、回采率低以及劳动强度大的问题。本文以1 号煤层为例，将机械化回采工艺应用于其实际开采中，对-400 m 至-600 m 巷道之间的巷道进行布置，并采用锚杆+锚索支护方式对运输顺槽进行支护。此外，结合1 号煤层工作面的实际情况，对其液压支架的关键安装过程中的地面装车、边界上山转弯处支架运输、支架硐室组装、开切眼支架调转等过程进行具体设计，为提升1 号煤层的开采效率和安全性奠定基础。