云岗矿8413 工作面综采工艺优化分析

2022-05-16任宏亮

山东煤炭科技 2022年4期

任宏亮

（晋能控股煤业集团云岗矿，山西大同 037000）

1 概况

云岗矿311 盘区是单翼采区，利用主要巷道向东布置回采工作面，采用单一走向长壁式开采[1-3]。8413 工作面按照“一进一回”的双巷布置，两顺槽与采区巷道呈153°7′，巷道沿煤层底板布置。2102 巷与311 盘区带式输送机巷连接，并与311 盘区辅皮联巷相通；5102 巷通过3#联络巷与311 盘区回风巷相连，再经2#联络巷与311 盘区辅运巷相连；切眼巷与两顺槽垂直布置，切眼断面如图1。

图1 切眼断面图（mm）

8413 工作面可开采走向长度为355 m，设计走向长度为854 m，煤层厚度为6.3 m，平均倾角为20°。老顶是厚度为4.5 m 的灰色中粗粒砂岩，直接顶是厚度为2.95 m 的灰黑色碳质泥岩，直接底是厚为2.8 m 的黑灰色碳质泥岩，老底是厚为12 m 的浅灰色中粒砂岩。工作面内存在断层和陷落柱，对回采有一定的影响[1-2]。水文构造比较简单，上覆11-1#层81115 工作面采空区。受采空区积水影响，8413 工作面出现顶板破碎、下沉以及离层等现象，正常涌水量为90 m3/h，最大涌水量为160 m3/h。

2 采煤工艺存在的问题

（1）在开采过程中，由于煤层厚度的变化，采煤机的截割高度不够或是不能及时调整采煤机的采高，导致煤不能一次性切割完，使煤炭遗留在采空区中，造成煤炭资源的浪费。

（2）开采过程中采煤机截齿的磨损，在切割硬度比较大的煤时，会加剧截齿的磨损[4-5]。

（3）为了减少底煤的丢失，在拉架时，要及时调整支架，当支架的重心偏离煤溜中心线0.2 m时，采用侧护板摆架；当支架的倾斜角达到50°时，采用机械摆架，防止支架歪斜。在正常回采时，机头处出现煤割不透，需要每天进行机头开帮，投入大量人力物力成本。通过计算，机头每向前推进1 m，丢底煤34.5 t，机尾每向前推进1 m，丢底煤44.5 t。

3 采煤工艺优化

3.1 上下调整架溜

由于工作面的煤层倾角较大且巷道中部有弯道，因此在巷道掘进过程中，采用分段定向施工方法，适当对采煤设备进行上提或下放，确保设备不会出现下滑，且距下个出口机架段的距离在2.5 m 以内。根据现场实际情况，通过调整支架的俯仰角实现对采煤设备的上提或下放，根据下方相邻支架的方向来控制上方活动支架的移动方向。通过向上仰支架的前端实现支架上提，向下俯支架的前端实现支架下放，支架上提和下放示意图如图2 所示。在巷道坡度和方向变化较大时，根据变化的情况调整支架的俯仰角，一般在开采前20 m 处调整好，工作面每进一刀，支架的架溜上提量小于100 mm。

图2 支架上提下放示意图

3.2 控制增减架

工作面受巷道断面的影响，加上井下有大量采煤设备，在工作面长度发生变化后，要及时增减支架和中部槽，否则设备的运输、安装及撤出等操作难以进行，上出口也无法安装上端头支架。为了确保工作面上作业人员的安全，降低工人的劳动强度，提高开采的效率，要缩短工作面上、下出口处的无支架段长度，确保在上出口处能及时安装和撤出支架，且支架从顶部延伸到回风巷的下边缘；在下出口处对支架和输送机进行调整，使没有支架段的距离在2.5 m 以内。

3.3 割煤

采煤机单向割煤，使用前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤，靠滚筒自身的转动进行装煤，剩余未装入的煤在推溜时用铲煤板将其装入运输机。割煤时严格控制采高、顶煤、底板等参数，将煤壁割平、割直，不留底煤[6-8]。采煤机割煤速度控制在3 m/min 左右。

采煤机端尾采用斜切方式进刀，如图3 所示。图3（a）采煤机割通上一刀煤后，在后滚筒30 m处将前运输机推移到位，前滚筒下降一定的高度进行割底煤，后滚筒上升一定的高度进行割顶煤。图3（b）沿前运输机弯曲段斜切进入煤壁，直至前后两个滚筒完全切入煤壁，将支架和溜头推移到煤壁并移直，同时将前后滚筒的位置进行调换。图3（c）采煤机反向牵引，割机身段的底煤和三角煤。图3（d）采煤机割到端部，将采煤机再次反向牵引，往复2～3次。为了保护采煤机的截齿，在切割煤层时，预留0.5 m 的煤层厚度。

图3 斜切进刀方式示意图

3.4 移支架

移架采用追机作业及时支护方式[9-10]。拉移支架时滞后采煤机机尾滚筒3 架距离，顶煤破碎移架滞后采煤机前滚筒2～3 架距离，将支架移成一条直线，偏差小于±50 mm。降架时要确保支架前移，为了防止支架之间出现漏煤，主顶梁的下降量一般小于200 mm，同时伸出支架的护壁板。如果机道的顶煤出现破碎，要及时将支架的前梁伸出，护住机道新露出的顶煤。

3.5 推前溜

以支架为支点，用推移千斤顶推移前部输送机，推移输送机滞后采煤机后滚筒11 架距离，在水平方向上溜槽的弯曲度小于3°，在弯曲段长度大于20 m。推移过程中多个千斤顶同时工作，防止出现断连接环或溜槽出口等情况。确保推移的输送机平、稳、直且运转正常，每次推进距离为0.8 m，与煤壁平行，其直线误差小于±50 mm。移溜过后，将支架的操作手柄打到零位。

3.6 放顶煤

在采煤机进刀完成，且机尾推向煤壁后进行放煤作业，采用多轮间隔的放煤方式，奇偶数支架相互交替进行放煤，放煤步距为1.6 m。为了便于管理端头，工作面的上、下端头5部支架不进行放顶煤。在工作面推进30 m 后开始进行放顶煤，距离停采线20 m 时，停止放顶煤作业。放顶煤时，先将放煤插板收回，同时使用尾梁千斤顶将尾梁摆放到合适的位置，便于顶煤直接流入后部输送机中。如果遇到大块煤时，反复摆动尾梁或用插板将其破碎，使煤放尽。见到矸石后停止放煤，并伸出插板将矸石封住，防止滑入后部输送机，完成放顶煤作业。整个放顶煤过程中要注意输送机中运煤量的情况，根据放煤量和放煤时间来控制运煤量，不让输送机超负荷输送，达到均匀输送的目的。一般首轮放煤量控制在1/2～2/3，防止将顶梁上方的煤提前放出，第二轮放出剩余煤量。

3.7 拉移后部运输机

支架前移后，将后部输送机放在放煤位置，从下向上将后部输送机拉移一个步距。其中，输送机弯曲段的拉移距离大于11 架，其余要求同推前部输送机相同。

4 效果分析

8413 工作面上采用优化后的采煤工艺，让采煤机单向割煤，采用两刀一放，由工作面端尾侧斜切进刀，在工作面头尾之间运行四次。算出机采产量为1228 t，回采率为97%，放顶煤产量为762 t，顶煤回收率为85%，工作面日产量可达3980 t，提高了资源回收率，增强了设备的稳定性，整体运行状态良好，在一定程度上降低了设备调试和检修成本。