薄煤層機(jī)采工作面施工工藝實(shí)踐

李允生

（臨礦集團(tuán)武所屯煤礦，山東 滕州 277500）

1 工程概況

武所屯煤礦核定生產(chǎn)能力39萬(wàn)t/a，井田面積8.556km2，開(kāi)采深度+49.5m～ -330m。礦井開(kāi)拓方式為立井單水平下山開(kāi)拓，采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤法，全部垮落法管理頂板。

礦井現(xiàn)主采煤層為16煤層，煤層厚度0.64～1.0m，平均厚度 0.83m，煤層傾角 3～8°。16煤直接頂板為十下灰?guī)r，厚度3.40～5.95m，平均厚度4.78m，巖石致密堅(jiān)硬，平均抗壓強(qiáng)度116.52MPa，底板巖性以砂質(zhì)泥巖為主。地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件中等。礦井自投產(chǎn)以來(lái)，16煤回采工作面一直采用炮采工藝。自2017年1月份開(kāi)始，回采工作面采用機(jī)采工藝代替炮采工藝，取得了良好的安全和經(jīng)濟(jì)效益。

2 工作面巷道布置

16煤回采工作面，設(shè)計(jì)為對(duì)拉工作面，工作面由上、中、下三條順槽和上、下切眼組成。順槽和切眼均沿16煤頂板布置，斷面為矩形。

回采工作面上、下順槽巷道凈寬2.5m，凈高1.8m，用于工作面的進(jìn)風(fēng)和行人；中順槽巷道凈寬為3.5m，凈高2.2m，順槽內(nèi)安裝有刮板輸送機(jī)、膠帶輸送機(jī)、無(wú)極繩絞車，用于工作面回風(fēng)、行人和運(yùn)煤、材料運(yùn)輸；工作面切眼凈寬2.5m，凈高1.6m，上、下切眼長(zhǎng)度均為100～130m。

3 工作面支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 工作面合理支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算

據(jù)公式：

式中：

Pt-工作面合理的支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；

h-工作面采高（按最大），取1.0m；

r-頂板巖石容重，2.5 t/m3；

K-工作面支柱應(yīng)該支護(hù)的上覆巖層厚度與采高之比，取8。

將計(jì)算結(jié)果（196.2kN/m2）與炮采面實(shí)測(cè)最大平均支護(hù)強(qiáng)度（212kN/m2）對(duì)比取大值，選取212kN/m2為工作面合理支護(hù)強(qiáng)度。

3.2 支柱實(shí)際支撐能力計(jì)算

據(jù)公式：

式中：

Rt-支柱的實(shí)際支撐能力，kN/棵；

Kg-支柱阻力工作系數(shù)，取0.99；

Kz-支柱本身的增阻系數(shù)，取0.95；

Kb-支柱承載不均勻系數(shù)，取0.9；

Kh-采高系數(shù)，取1.0；

Ka-傾角系數(shù)，小于10°取1.0；

R-支柱額定工作阻力，300kN。

3.3 工作面合理的支護(hù)密度計(jì)算

據(jù)公式:

式中：

N1-支護(hù)密度，根/m2；

Pt-工作面合理的支護(hù)強(qiáng)度，212kN/m2；

Rt-支柱實(shí)際支撐能力，253.94kN/根。

3.4 柱距、排距的確定

根據(jù)炮采工作面經(jīng)驗(yàn)，柱距取0.75m，排距取1.20m，驗(yàn)算支護(hù)密度：

式中：

N2-支護(hù)密度，根/m2；

a-排距，m；

b-柱距，m。

經(jīng)計(jì)算：N2＞N1，確定柱距為0.75m，排距為1.20m，能滿足頂板實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度的需要。

3.5 控頂距的確定

工作面采用三、四排支柱管理頂板，見(jiàn)四回一，最小控頂距為3.8m，最大控頂距為5.0m。

4 機(jī)械設(shè)備及支護(hù)材料配置

4.1 采煤機(jī)選型

（1）滾筒的選擇

①滾筒直徑可按下式計(jì)算：

式中：

Hmin-最小采厚為0.9m。

采用雙滾筒，可以一次采全高、雙向采煤、斜切進(jìn)刀，能夠適應(yīng)煤層厚度的變化，機(jī)器穩(wěn)定性好。根據(jù)成套裝備適應(yīng)的采高范圍和采煤機(jī)有一定的臥底截割能力，在保證截割部強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，將滾筒直徑確定為Ф900mm。

②滾筒寬度的確定

根據(jù)工作面支護(hù)設(shè)計(jì)，將采煤機(jī)單刀割煤進(jìn)尺定為600mm，考慮滾筒裝煤效果，滾筒寬度確定為600mm。

（2）過(guò)煤空間尺寸的確定

過(guò)煤空間尺寸的確定主要是考慮一定塊度的煤（矸）能否順暢通過(guò)機(jī)身，盡量減少停機(jī)分矸的時(shí)間，總體平衡采煤機(jī)機(jī)面高度、裝機(jī)功率和過(guò)煤空間三者的關(guān)系，確定采煤機(jī)機(jī)身下面的過(guò)煤空間不小于200mm。

（3）機(jī)身高度的確定

機(jī)身高度確定，根據(jù)采煤機(jī)上方支護(hù)材料的厚度、頂板下沉及底板起伏情況，同時(shí)還要求機(jī)身尺寸要短小，以便更好地適應(yīng)煤層起伏。采煤機(jī)與運(yùn)輸機(jī)配套機(jī)身高度控制在735mm以內(nèi)。

（4）牽引速度

根據(jù)所開(kāi)采煤層煤矸的分布狀況、硬度及塊度的實(shí)際情況，以及薄煤層開(kāi)采中工人無(wú)法以較快的速度跟機(jī)操作等客觀因素的限制，采煤機(jī)正常割煤時(shí)牽引速度選定為1.6～3m/min。

（5）裝機(jī)功率的選擇

裝機(jī)功率越大生產(chǎn)能力和破煤能力越強(qiáng)。考慮到需要對(duì)硫化鐵結(jié)核和硬夾矸剝離和破碎，在滿足以上配套設(shè)備空間尺寸的前題下，選擇大截割功率的采煤機(jī)。根據(jù)上述分析結(jié)果，經(jīng)調(diào)研確定選用MG2×70/325-WD型交流電牽引采煤機(jī)。

4.2 工作面運(yùn)輸設(shè)備

回采工作面上、下面各安裝一部SGB630/264型刮板輸送機(jī)，中順槽安裝SGB620/40T型刮板輸送機(jī)和SDJ80型膠帶輸送機(jī)各一部。

4.3 工作面支護(hù)材料

工作面常用單體液壓支柱型號(hào)為DZ10、DZ12、DZ14、DZ16、DZ18等規(guī)格，順槽使用DZ22、DZ25、DZ28等規(guī)格單體支柱。工作面使用Ф350mm的鐵質(zhì)圓形柱鞋。工作面使用坑木為半圓鮮雜木：長(zhǎng)2.0m，小頭直徑不小于200mm；柱帽木塊規(guī)格：100mm×80mm×50mm。

5 機(jī)采回采工藝

回采工藝流程為：煤機(jī)端部斜切進(jìn)刀→煤機(jī)正常割煤→推移刮板輸送機(jī)鏟裝煤→回支臨時(shí)支柱→煤機(jī)端部斜切進(jìn)刀→煤機(jī)正常割煤→推移刮板輸送機(jī)鏟裝煤→回支臨時(shí)支柱→回支單體支柱和切頂墩柱放頂。

（1）落煤：采用采煤機(jī)割煤，一次采全高。工作面采高不小于1.0m，煤層厚度低于1.0m時(shí)，見(jiàn)頂割底。

（2）裝煤：采煤機(jī)裝煤、刮板輸送機(jī)鏟裝相結(jié)合。

（3）運(yùn)煤：采用刮板輸送機(jī)及膠帶輸送機(jī)運(yùn)煤。

（4）進(jìn)刀方式：采煤機(jī)的進(jìn)刀采用端部斜切進(jìn)刀的方式，斜切進(jìn)刀段長(zhǎng)度為25m，進(jìn)刀深度0.6m。

（5）推移刮板輸送機(jī)：采煤機(jī)割煤過(guò)后，滯后采煤機(jī)滾筒不小于15～20m推移刮板輸送機(jī)，推移步距0.6m；推移刮板輸送機(jī)時(shí)，要在輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行，推移機(jī)頭、機(jī)尾時(shí)，必須停機(jī)閉鎖，保持推移刮板輸送機(jī)的彎曲長(zhǎng)度不小于15m，嚴(yán)禁出現(xiàn)急彎，推移后的刮板輸送機(jī)要達(dá)到平、直、穩(wěn)的要求，推移輸送機(jī)時(shí)自上（下）向下（上）依次推移，多人合作（三人以上），嚴(yán)禁從兩端向中間推移。

（6）回支柱、放頂：采煤機(jī)割第一刀推移完刮板輸送機(jī)后，緊靠刮板輸送機(jī)支設(shè)一排臨時(shí)單體支柱，柱距1.5m，排距0.6m；割第二刀推移完刮板輸送機(jī)后，緊靠刮板輸送機(jī)支設(shè)基本單體支柱，柱距0.75m，排距1.2m；基本支柱支設(shè)距離大于15m（推移輸送機(jī)與采煤機(jī)割煤距離不小于15m，支柱與采煤機(jī)割煤距離不小于15m）時(shí)開(kāi)始回柱放頂，回柱放頂采用自下而上、分組依次順序式，放頂步距1.2m，每組至少兩人，組間距不小于15m。

工作面單體支柱排距1.2m，柱距0.75m，采用三、四排管理頂板，見(jiàn)四回一。最大控頂距四排支柱（5.0m），最小控頂距三排支柱（3.8m）。工作面如遇頂板破碎、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，采用加密單體支柱加半圓木的方式對(duì)頂板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）薄煤層工作面實(shí)行機(jī)械化采煤后，降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了工作面的勞動(dòng)定員，提高了回采工作面的勞動(dòng)效率。

（2）機(jī)采使用采煤機(jī)割煤，不再使用危險(xiǎn)性較大炸藥、雷管，降低了作業(yè)危險(xiǎn)度，杜絕了殘爆、拒爆現(xiàn)象的發(fā)生，安全性大大提高。

（3）薄煤層機(jī)采代替炮采工藝，降低了職業(yè)健康危害，有利于職工身心健康。