煤矿机械化采掘配套及工程实践

高小峰

（山西焦煤集团有限责任公司官地煤矿，山西 太原 030022）

引言

一直以来，对于不同地质条件、煤层条件的工作面而言，采取有效、合理、安全的采掘方案并为其配套高效、安全的生产设备，对于提升特殊工作面的生产效率具有重要意义[1]。同时，国家大力倡导煤矿开采的安全性、高回采率以及低成本开采，这对于研究并发展高效高产的开采技术是一个重大机遇。本文重点以永利煤矿为例开展机械化采掘设备配套研究，并对其实际应用效果进行分析。

1 工程概况

永利煤矿可探测到的煤层共包含有9层。其中，该煤矿可采或部分开采的煤层数量为4层，分别编号为19号、20号、24号以及25号煤层。19号煤层的平均煤层厚度为0.9 m，属于稳定性煤层，该煤层大部分均可开采；20号煤层的平均煤层厚度为0.78m，属于稳定性煤层，该煤层全部可采；24号煤层的平均煤层厚度为1.06 m，该煤层中包含有2层矸石且最大矸石层厚度为0.32 m，该煤层属于稳定性煤层且全区域可采；25号煤层的平均煤层厚度为0.6 m，属于相对稳定煤层，且大部分煤层可采。

总的来讲，该煤矿煤层的平均密度为1.92 g/cm3。经对煤矿涌出量进行鉴定，该煤矿属于高瓦斯矿井。目前，该煤矿共包含有两个采煤工作面和6个掘进工作面。在两个采煤工作面中包括有一个综合机械化开采工作面和炮采工作面[2]。该煤矿所采用的通风方式为中央分列式，所选型的通风机型号为FBCDZ-80No23两台，通风机的额定功率为185 kW，最大风压为3 080 Pa，最大通风量为131.5 m3/s。经对当前煤矿生产进行调研，总结问题如下：

1）当前工作面所采用的采煤工艺对应的煤矸石较多，导致所产原煤的质量较差；

2）所选择的采煤工艺导致开采时的瓦斯突出，进而对应的瓦斯治理成本较高；

3）由于各个煤层的厚度差距较大，导致煤矿的开采率较低；

4）工作面的支护方式难以实施，导致巷道内的煤柱压力较大，从而对风巷的维护难度增加。

为提高煤炭的开采效率和安全性，本文针对性地对采掘工艺和设备配套进行改进。

2 机械化采掘配套研究

本节重点对机械化采掘配套的工艺和设备配套进行研究。

2.1 机械化采掘工艺的配套

以永利煤矿的23号采区为例对采煤配套工艺进行优化。

2.1.1 23 号采区巷道的布置

23号采区基于无煤柱开采技术和Y型通风方式对巷道进行布置，该种巷道布置方式可以有效解决采空区和隅角的瓦斯堆积现象。结合采区的实际情况，将其对应的运输大巷道布置于底板的茅口围灰岩中，对应的总回风巷道也布置于底板的茅口围灰岩中；采区分别布置了材料上山运输大巷、运煤上山运输大巷、回风山上大巷以及人行山上运输大巷均与总的回风巷道相通[3]。

此外，该采区的采煤巷道和回风巷道以及工作面切眼均按照相关标准布置于整个采区中。

2.1.2 工作面布置

针对工作面的布置可采用走向布置和倾斜布置两种方式。结合永利煤矿23采区的实际情况，工作面巷道的布置需遵循如下原则：

1）保证工作面的倾斜长度不得超过150 m，工作面走向长度最好大于400 m（基于越长越好的原则设计）；

2）采煤巷道和通风巷道施工时必须从工作面煤层的顶板或底板进行，确保工作面配置运输机的下煤高度范围控制在0.5~1 m之间；

3）考虑到在实际开采过程中排水和通风的便捷性，采煤巷道的布置应尽可能地采用上行方式进行。

综合上述因素，工作面的走向长度设计约为800 m，倾斜工作面的长度为120 m。

2.1.3 回采工艺的设计

结合采区的实际情况及工作面、巷道的布置设计，采用滑锯机对煤炭进行开采。相应的回采工艺设计如下：

1）前期准备。将所选型的设备布置于工作面巷道中，并保证各类综采设备、通风设备可正常运行。

2）锯煤。沿综采工作面并从上、下缺口的方向进刀对煤层进行双方向锯煤；采用刮板输送机对落下的煤炭进行强制运输。

3）推溜拉架。采用千斤顶将刮板输送机推移到相应的布局，与此同时将液压支架推移至待支护工作面的下方。

4）支护巷道。基于注浆系统将充填材料充填至工作面的沿空巷道内；重复上述步骤，直至工作面的煤层开采完毕。

2.2 机械化采掘设备的配套

滑锯机、刮板输送机、液压支架为机械化采掘的关键设备。结合永利煤矿的特点完成“三机”的配套选型，“三机”配套断面如图1所示。

图1 工作面“三机”配套断面图

为23号采区所配套的三机的关键参数如表1、表2、表3所示。

表1 滑锯采煤机关键参数

表2 液压支架关键参数

表3 刮板输送机关键参数

3 工程实践

在上述机械化采掘工艺及设备配套的基础上，为采区配套相应的瓦斯治理、工作面防灭火方案后对实际效果进行评估[4]。本文从经济效益和社会效益两方面进行综合评价。

3.1 经济效益

经实践生产，采用本文改进后的机械化采掘工艺后生产每吨原煤可节约20元。目前，工作面已生产原煤量为70万t。则，总计节约1 400万元。除此之外，基于该采掘工艺在实际生产巷道共少掘进3 km，直接节约成本为900万元。

综上所述，就该采掘工艺应用以来共计节约成本约2 300万元。

3.2 社会效益

采用改进后的采掘工艺可大幅度提升综采工作面的生产环境，粉尘浓度降低；可简化传统采煤工艺对应的落煤过程，对工作面的通风条件进行有效改善。采用滑锯采煤机对工作面顶板的振动减小，可以保证工作面顶板的完成，从而有效对工作面顶板的围岩进行控制；此外，基于该采掘工艺能够有效降低工作面瓦斯的集聚，保证通风的安全[5]。

4 结论

1）基于“110”工法对煤矿的工作面及巷道进行布置，并采用Y型通风方式解决工作面瓦斯积聚的问题；

2）结合工作面的实际情况，配套以滑锯采煤机为核心的“三机”；

3）经实践表明，所优化后的采掘工艺及配套的设备可大幅降低生产成本，同时提升煤矿生产的安全性。