淺談西曲礦薄煤層采煤工藝的選擇

摘 要：該工藝與傳統工藝相比的優點：①在采煤面實現無人操作，安全生產，降低傷亡事故和職業病患者；②可以在螺旋鉆具上安裝三種不同直徑的鉆頭625mm、725mm、825mm，增加在不同厚度煤層上的采收率；③實現薄煤層采煤，其中包括從平衡的和保護煤柱上采煤，這樣增加采煤量，并降低其在礦藏中的損失；④只采煤不采矸石，采出煤質好；⑤由于不需要支撐，從而節約了大量的木材；⑥在相同條件下，與傳統工藝相比礦工的工作效率提高一倍以上；⑦由于留煤柱，代替了支護，降低了采煤成本，由于煤柱的存在，也減少了順槽等巷道的回收費用；⑧在順槽中的設備維護、維修方便，避免了重體力勞動；⑨人工工效提高，采煤機每班需6人操作，并且大大地減輕了工人的勞動強度；⑩采用局部通風機對迎頭供風，噴霧噴頭至迎頭，使用無火花型鉆頭，迎頭鉆桿中設瓦斯斷電傳感器，杜絕了瓦斯、煤塵爆炸事故。

關鍵詞：薄煤層；位置；螺旋鉆采煤法

1 概述

西曲礦位于山西省古交市汾河北岸，地處呂梁山脈東麓，距山西省省會太原市56公里，井口海拔983米，井田走向長6.5公里，傾向寬6公里，總面積39.5平方公里。西曲礦井設計年生產能力300萬噸，（2005年重新核定為340萬噸）服務年限為98年，于1984年12月1日正式投產。井田地質構造簡單，煤層穩定。主要含煤層為石炭系太原市組和二迭系山西組，共含14層煤，全區可采煤層厚度為13.65米，地質儲量5.3億噸，可采儲量3.43億噸，煤層賦存平緩，傾角為5-8度。屬低沼氣礦井。礦井以斜井、平硐多井口開拓，分區通風。采煤方式為傾斜長壁綜合機械化，采掘機械化程度均為100%。大巷采用10噸電機車牽引3噸底卸式礦車運輸。西曲礦現開采煤層為2#、4#、7#、8#、9#煤，其中7#煤為薄煤層，7#煤層厚度穩定，煤層結構簡單，屬于單一型煤層。煤層厚度0.80-1.08米，平均厚度0.85米。27104工作面煤層整體傾向南西，傾角2°-9°，靠近集中巷一側傾角較大，一般4°。工作面走向長度為871m，工作面長度為125m，煤層厚度為0.85m，工業儲量為124934t，回采率為97%，可采儲量為121186t。

2 27104工作面地面位置

工作面地面位于港立村東350米處，南坪村東北部，地表大部分被黃土覆蓋，蓋山厚189-265米。

2.1 27104工作面井下位置及四鄰采掘情況

工作面井下位于北一盤區西部，北臨西983運輸大巷，東臨待回采的27103工作面，西臨已回采的27105工作面。工作面上覆2、3#煤22102，22103，22104，22105，22106采空區，該處2、3#煤與7#煤層間距為52-64米。

2.2 27104工作面地質構造情況

工作面地質構造條件簡單，預計施工中無構造影響。

2.3 27104工作面水文地質情況

工作面水文地質條件中等，，主要充水水源為頂板灰巖裂隙水，7#煤頂板石灰巖賦水性強，預計工作面在回采中會有淋水，構造裂隙發育處會有涌水，預計正常涌水量為1-1.5m3/h，最大涌水量為8.0m3/h。

2.4 27104工作面瓦斯狀況及參數

工作面絕對瓦斯涌出量0.26m3/min，煤層具有爆炸性，爆炸指數為21.26%，煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類，屬自燃。

3 采煤工藝選擇

根據7#煤賦存特點及煤層厚度特征，我礦7#煤采用后退式螺旋鉆采煤法，采用一臺烏克蘭新型BSHK-2DM型螺旋鉆采煤機，向西（即俯采）沿煤層傾向鉆采，鉆頭割煤，螺旋鉆桿掏煤、落煤、裝煤。鉆采時如遇斷層、無炭柱時停止鉆進，施工下一鉆孔。向西鉆采至停采線后，機組整體拆、安至機軌巷871米處，繼續向東（即仰采）沿煤層傾向鉆采。該機一次采寬為1.905-2.105m，采深可達85m，適用于煤層厚度為0.6-1.2m，煤層傾角-15～+15度，煤層走向傾角小于8度的各種硬度的薄煤層。

3.1 落煤方法

①落煤、裝煤、運煤方式：

螺旋鉆采煤機布置在機軌巷中，沿煤層傾向鉆采，鉆頭割煤，螺旋鉆桿掏煤，煤直接落在運輸巷的刮板輸送機上運出。該機一次采高825mm，采寬1905mm，三軸聯動鉆桿1.54m一節，鉆機鉆采一節鉆桿深度后，把煤甩凈，停止主機運轉，開始接鉆桿。接完后，開始進鉆，每四節要接一節帶有聯接筒的鉆桿。鉆采到設計深度或遇構造時，退出鉆桿，螺旋鉆機整體前移，預留500-1000mm煤柱后開始下一循環鉆采。工作面采用BSHK-2DM型螺旋鉆采煤機割煤。落煤、裝煤、運煤采用總長為60m的SGW-40T刮板輸送機兩部和SJ-80型皮帶一部。

②螺旋鉆機安設位置

螺旋鉆采煤機，下山俯采為40m，上山仰采80m左右。根據設計要求采用該機首先向西進行鉆采（即俯采），向西鉆采至設計走向長度后，機組整體拆、安至機軌巷871米處，繼續向東（即仰采）沿煤層傾向鉆采。第一個鉆孔中心線距離27104工作面回風巷中心線往外20米。螺旋鉆機以1.0m/min的速度鉆采，直至達到設計要求深度，如遇構造時，及時退出鉆桿。

3.2 設備配置

3.2.1 螺旋鉆

螺旋鉆機采用烏克蘭新型BSHK-2DM型螺旋鉆采煤機，其主要技術參數如下：

鉆高625/725/825mm

鉆寬1905/2005/2105mm

鉆深上山方向85m，下山方向40m。

電機功率235kw

鉆進速度0-2.0m/min

3.2.2 運輸設備

刮板輸送機兩部：型號為SGW-40T

電機功率：40kw

運輸能力：150t/h

中間順槽尺寸：1500mm×630mm×180mm

鏈速：0.92m/s

3.2.3 運送和安裝鉆具的設備

單軌吊車一部，型號為DB1.5/1.5J型隔爆電動機單軌，吊起吊速度為3.25m/min，運行速度為24.2m/min，起吊高度為3m。

3.2.4 輔助運輸設備

SGW-40T型刮板輸送機和SJ-80型帶式輸送機和JD-11.4、JD-25、JM-14型絞車。

3.3 生產能力

按一個螺旋鉆采工作面布置，每班作業6h，甲，乙，丙，丁班出煤（四六制），工作面每班鉆進15m，每天鉆進深度60m，鉆孔高度0.825m，實際采高1m，鉆孔寬度為1.905m，鉆煤時采儲率為0.95，則：

W=L×S×H×r×C=（60×1.905×0.825×1.35×0.95）t=121t

式中：W-日產量，t/d；L-日鉆進深度，m/d；S-鉆孔寬度，m；H-鉆孔高度，m；r-煤層密度；C-采出率×95%。

4 巷道布置

巷道名稱為機軌巷，屬巖巷，凈斷面13.54m2，支護形式為全錨巷道，巷道主要用途為：進風、運料、運煤。

5 頂板控制

7#煤頂板圍巖為石灰巖，屬穩定圍巖，27104鉆采面為條帶式開采，采高825mm，采寬1905mm，留煤柱寬500-1000mm。

工作面鉆孔鉆采完畢后，在鉆孔口以里1500mm與1000mm處，支設2根Φ180mm×750mm的優質木點柱（每排四根），其柱間距為475mm，上方戴規格為長×寬×厚=400mm×200mm×100mm的木柱帽（柱帽沿傾斜使用）并背緊打牢，木點柱嚴禁支在浮煤、浮矸上。鉆采完畢后的鉆孔滯后一個采用FS快速壘砌材料與煤以1：6的比例攪拌均勻，裝入麻袋（或編織袋）將鉆孔進行封閉，并在其料中注水，最后在密閉以外（煤層頂板與巷道之間的散巖）的部分以630mm的間距打設點柱，來加強圍巖的支護。

5.1 頂板支護

5.1.1 工作面遇特殊情況時：如遇斷層、無炭柱時，必須停止鉆進，進行下一循環。

5.1.2 隨著螺旋鉆采煤機不斷后退采煤，要隨時觀察機軌巷的圍巖變化情況。

5.1.3 頂板破碎時石灰巖離層，鉆采前必須采用打錨桿的方式超前15米對7#煤直接頂進行支護，錨桿采用Φ20×1800mm的等強無縱肋螺紋鋼錨桿，配套使用規格為長×寬×厚=130×130×10mm的碟形托片，錨桿眼位定為石灰巖中下部，間距為1000mm，角度不得小于45°，其錨固必須位于上層石灰巖。錨注等強無縱肋螺紋鋼錨桿時，先注入一支（MSCK2355）藥卷，后注入一支（MSZ2380）藥卷。使用TJ9型風動攪拌機，攪拌30S，等待30S后緊固。安裝等強無縱肋螺紋鋼錨桿初錨力為>50KN，其外露長度不得大于50mm，終錨力不得小于100KN。

5.1.4 如遇頂板破碎時，根據實際情況留設大煤柱。

6 通風

新風：地面—副平硐（矸石平硐）—北983運輸大巷—西983運輸大巷—2701斜坡—北一7#煤集中運料巷—工作面

乏風：工作面—北一7#煤集中回風巷—北2#巖石回風—北1072回風大巷—崖窯上回風井—地面

7 該工藝與傳統工藝相比的優點

①在采煤面實現無人操作，安全生產，降低傷亡事故和職業病患者。②可以在螺旋鉆具上安裝三種不同直徑的鉆頭625mm、725mm、825mm，增加在不同厚度煤層上的采收率。③實現薄煤層采煤，其中包括從平衡的和保護煤柱上采煤，這樣增加采煤量，并降低其在礦藏中的損失。④只采煤不采矸石，采出煤質好。⑤由于不需要支撐，從而節約了大量的木材。⑥在相同條件下，與傳統工藝相比礦工的工作效率提高一倍以上。⑦由于留煤柱，代替了支護，降低了采煤成本，由于煤柱的存在，也減少了順槽等巷道的回收費用。⑧在順槽中的設備維護、維修方便，避免了重體力勞動。⑨人工工效提高，采煤機每班需6人操作，并且大大地減輕了工人的勞動強度。⑩采用局部通風機對迎頭供風，噴霧噴頭至迎頭，使用無火花型鉆頭，迎頭鉆桿中設瓦斯斷電傳感器，杜絕了瓦斯、煤塵爆炸事故。

8 經濟效益

以我礦27104鉆采面為例，自2010年1月3日開采以來，14個月安全采煤52516t，實現經濟效益的逐步上升，為薄煤層開采探索了一條經濟安全的新途徑。

9 結束語

采用螺旋鉆采煤工藝解決了我礦7#煤長期以來無法回采的難題，我礦7#煤可采儲量大，經濟效益十分可觀。該采煤工藝用人少，效益好，能多回收煤炭資源，延長了礦井服務年限。同時由于利用該工藝采煤鉆孔間要留下煤柱及鉆孔不能達到設計的深度，造成煤炭損失，因此在生產中，還應不斷完善螺旋鉆機采煤技術和工藝。