综采面末采收尾机轨分离技术的实践与应用

白景浩，李海彬，宋 俊

(1.国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿；2.国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿选煤厂，内蒙古 鄂尔多斯 017029)

国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿31采区有2-2、3-1等2个主要可采煤层。参照《缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类》(MT554-1996)和煤层顶板岩性综合分析3-1煤层顶底板情况：煤层直接顶为1b，属不稳定顶板；基本顶的初次来压当量平均值为1 113.89KN/m2，属Ⅳa级；煤层底板较软。

31采区3-1煤层布置厚煤层综采面，煤层内采用连续前进式开采顺序；综采面采用走向长壁式采煤法，后退式采煤，采用大采高一次采全高综合机械化采煤工艺，自然垮落法管理采空区顶板。

由于各综采面之间采用的是连续前进式开采顺序，再加上3-1煤层直接底为0.5m～2.0m的泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩，且含有0.4m～0.8m不等厚度的高岭土岩层，使得综采面回风顺槽在经受了相邻的上一个综采面回采期间的周期来压影响之后，其回风顺槽矿压显现明显，底板底鼓频繁，不利于布置设备列车。因此，设备列车均布置在胶运顺槽。

1 综采面机轨合一布置方式及末采收尾中存在的问题

当前，以国家能源集团神华神东煤炭集团下属煤矿为主的大型井工煤矿，多采用机轨合一布置方式，即设备列车和单轨吊管线吊挂装置均布置在胶运顺槽内，并与胶运顺槽内靠近综采面开采帮布置的带式输送机平行。进风巷机轨合一布置方式，可以大大减少回风顺槽内机电设备布置数量，使综采面在生产时实现专用回风巷管理。不仅如此，综采面进风巷粉尘浓度极低，设备受粉尘污染的程度也比较低，维护也比较便利，监测监控系统也比较简单。

1.1 胶运顺槽机轨合一巷道布置

以该矿31311综采面为例，见图1、2。综采面宽度290.08m，理论推进长度为4 310m，31311胶运顺槽与相邻的下一个综采面的31313回风顺槽之间的煤柱宽度为35m，两条顺槽之间每隔350m布置一条联络巷；每个顺槽内的煤柱侧，相邻的两条联络巷之间均匀布置3个调车硐室；31311胶运顺槽内，带式输送机里侧安全距离为0.7m，带式输送机与设备列车之间的安全距离为0.6m，人行道宽度1.27m，设备列车长度约200m，其内单轨吊最短长度70m，转载破碎机长度约50m。

图1 胶运顺槽机轨合一布置方式示意

图2 31311胶运顺槽断面

1.2 机轨合一巷道在综采面末采收尾中存在的问题

以该矿31311综采面为例进行说明，见图3。31311综采面煤柱保护线，即理论停采线位置，距离31采区辅助胶运大巷(东西段)不足160m，而这160m内还包括31311胶运顺槽带式输送机机头硐室90m。

图3 31311综采面末采收尾位置示意

确定实际停采线位置时，需要考虑转载破碎机(50m)、单轨吊(最短长度70m)和设备列车(200m)等三大因素。从图3中可以明显看出，理论停采线与卷带联巷之间的距离远远不能满足布置转载破碎机、单轨吊和设备列车的需要。

按照传统设计理念，31311综采面实际停采线位置将定于31311胶运顺槽卷带联巷以里320m的位置，即综采面将损失掉251.73m的有效推进长度，损失可采煤量约53.47万t，降低了综采面的回采率。不仅如此，若31311综采面减少251.73m的有效推进长度，意味着其服务年限将减少20d以上，这对该矿3-1厚煤层采掘接续也不利。

2 综采面末采机轨分离技术的实践应用

针对机轨合一巷道在综采面末采收尾中存在的不足之处，该矿先后进行了多种模拟试验。

2.1 常规的机轨分离方法

第一种方法：设计施工专用措施联巷，将设备列车逐步分离出胶运顺槽，并存放在31313回风顺槽开口段内，这将损失掉122.1m的有效推进长度；沿起伏段移设设备列车时无安全保证；阻挡了进出综采面的主要运输路线，这对综采面回撤作业也极为不利。

第二种方法：设计施工专用措施联巷，将设备列车逐步分离出胶运顺槽，并存放在31313回风绕道内，这将损失掉160.9m的有效推进长度；一是影响巷道通风断面，二是31313回风绕道扩修工程需要一个月以上。

以上两种方法，都是将设备列车从综采面前进方向逐步分离出31311胶运顺槽，却都因顺槽开口段有效空间太小，而不能显著降低综采面有效推进长度损失量。

2.2 新的机轨分离技术

现场调研期间该矿发现，若能实现设备列车向采空区方向转弯，就能够将设备列车全部存储在31313综采面的辅助回撤通道内。这样一来，单轨吊的影响处理起来就简单多了，综采面有效推进长度损失量可以降到最小化(见图4)。

图4 机轨分离技术巷道布置示意

将设备列车向采空区方向转弯117°以上需要解决三个问题：①新掘一条圆弧措施联巷；②确定措施联巷圆弧半径；③优化31313辅助回撤通道设计图以满足移设和存储设备列车的需要。其中，措施联巷的圆弧半径的选择是关键。通过多次调研和模拟试验(见图5)后，该矿最终确定了措施联巷的圆弧半径，其余巷道设计和优化工作也都迎刃而解。

图5 模拟试验现场

2.3 新的机轨分离技术的实践应用

该矿于2017年11月完成了相关图纸的设计和优化，于2018年3月前完成了相关巷道的全部掘进任务和准备工作。

2019年2月18日，31311综采面进入末采收尾阶段：设备列车分6次由措施联巷逐步分离出了31311胶运顺槽，并最终全部存储在了31313辅助回撤通道内；措施联巷内的单轨吊管线直接落地后贴帮放置，待设备列车完全进入到31313辅助回撤通道内以后，继续沿31311胶运顺槽铺设单轨吊，其中一段单轨吊管线仍需要落地并紧贴31311胶运顺槽帮部放置，待综采面贯通31311主回撤通道后，整个末采收尾工作结束；设备列车进入措施联巷前，设备列车电缆车盘上需要提前储存约260m的高压电缆，设备列车经过的沿线，需要提前铺设一路供水管路，移设设备列车期间将储存的高压电缆重新展开并敷设好即可。

新的末采收尾机轨分离技术的成功实践应用，使得31311综采面的有效推进长度损失量由251.73m减少至33.37m，由此，实际多采出原煤58.3万t，实际增加31311综采面回采周期29d。

3 效果对比

采用了机轨合一布置方式的综采面，当理论停采线距离顺槽巷道口的空间不能满足设备列车、单轨吊和转载破碎机等设备所需时，传统的处理方法需要损失掉较多的综采面有效推进长度，造成煤炭资源浪费，降低了综采面回采率。

新的综采面末采收尾机轨分离技术恰好能够弥补上述不足，将综采面有效推进长度损失量降至最低，实现经济效益最大化。

仍以该矿31311综采面为例：新技术多采出原煤58.3万t，增加回采周期29d；按吨煤利润150元计算，仅多采出的原煤直接经济效益就高达8 745万元，而项目投入尚不足70万。

4 结束语

由国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿自主设计完成的综采面末采收尾机轨分离技术，能够显著降低综采面有效推进长度损失量，进而减少了煤炭资源浪费，提高了综采面回收率和回采周期，而项目投入极低。

综采面末采收尾机轨分离技术已经申请了国家实用新型专利(“一种设备列车与胶运顺槽分离的矿井综采工作面”，专利号ZL201821245711.5)，可供具有相同需求的井工煤矿及相关企业应用参考，无论直接经济效益还是间接经济效益，都非常显著。