鄭莊礦井采煤方法與設備選型研究

燕懷華

（晉煤集團鄭莊礦井項目籌建處，山西 晉城 048000）

1 鄭莊礦井地質概況

鄭莊礦井位于沁水縣東17.5km處，南距陽城縣27km。井田地理座標為北緯 35°39′00″～35°47′00″，東經 112°17′45″～112°28′00″。井田位于延河泉域北邊界剝蝕山區，溝谷切割較深，出露二疊、三疊系，第四系松散沉積物分布于山梁及溝谷之中，井田邊界為人為邊界，同層含水層與周邊存在水力聯系。

根據地質資料顯示，盤區開采的3號煤層傾角0～16°，局部約20°，厚度為5.03～6.14m，平均厚5.53m，含泥巖、炭質泥巖夾矸0～2層，以距頂板約0.50m左右和距底板約1.00m左右的兩層較為穩定(厚度在0.05～0.60m之間)。北一盤區范圍內的斷層有8條，最大落差20m，未見巖漿巖侵入，但發現陷落柱21個。頂板主要是泥巖、砂質泥巖，次為粉砂巖，局部為中、細粒砂巖或粉砂巖。底板為黑色泥巖、砂質泥巖、深灰色粉砂巖。煤層瓦斯含量較高，煤層不易自燃，煤塵無爆炸危險性。盤區部分地溫為31～42.5℃外，為二級熱害區。

2 鄭莊礦井采煤方法選擇

2.1 現有采煤方法分析

由上述地質條件可知，本礦存在煤層突出危險，且不具備泄壓開采煤層條件。在綜合考慮礦井的工程地質條件的基礎上，可供3號煤層選擇的采煤方法有分層綜采和大采高一次采全厚綜采[1-4]。分層綜采是我國當前厚及特厚煤層的主要采煤方法之一，該采煤方法在大中型礦井中普遍采用，并積累了較為豐富的開采技術經驗。但該方法存在地層條件的適應性差、巷道系統復雜工序繁多、費效比低等特點。大采高綜采是當前國內應用較為廣泛的一種方法，適合于煤層厚度為3.5～6m，煤層及頂底板中硬以上的巖層[5]，能夠進行礦井高度集中生產，采用一井一面的方式，工作面生產能力較傳統方法大，工作面推進長度一般可達3000～4000m，其中神東礦區最長已達5000m以上。該方法具有工作面直接生產成本和礦井噸煤生產成本低、經濟效益好等特點。

2.2 采煤方法確定

井田內大部煤層傾角0～10°，根據兩種采煤方法的工作面生產能力與效率比較，本礦井推薦采用長壁大采高綜采，工作面單產為4.0Mt/a左右。考慮本礦井局部煤層傾角大，在首采區（北一盤區）東北部煤層傾角達到15～25°，北一盤區主要開拓巷道至盤區北部邊界約640m，在主要大巷以北翼290～360m位置發育有F7、F8斷層，落差5～20m，兩條斷層呈“十字”交叉狀，如垂直主要大巷直接布置工作面，工作面長度640m，工作面走向推進長度短，且受斷層影響。在對國內類似礦井大采高、大傾角工作面開采進行充分研究的基礎上，認為在采取適當措施后，本礦井在煤層傾角大于15°、煤層厚度大于5.0m的俯斜工作面進行綜合機械化開采是可行的，且能夠保證礦井設計生產能力，達到高效安全生產的目標。

3 鄭莊礦井采煤設備選擇

3.1 采煤設備選型原則

鄭莊礦井設計定位是現代化的特大型礦井，能夠實現高效安全生產的目的，生產周期高度集中，工作面生產能力大，回采工作面的每道工序均應采用新型機械化設備。當前大量的綜采工藝研究和實踐表明，只有通過加大工作面長度和大截深，選用能切割硬煤的大功率采煤機，提高采煤的切割速度，相應要求提高移架速度，與大運量的重型可彎曲刮板輸送機相匹配，搞好端頭支護，采用長距離膠帶輸送機，才能夠滿足礦井高產高效的綜采工作面要求。針對這些要求，對于綜采系統設計考慮了以下原則：

（1）機械設備的選擇首先滿足技術先進、生產可靠和提高開機率的要求，同時各設備間要相互配套，保證運輸暢通，以期達到采運平衡，最大限度地發揮綜采優勢，實現高產高效；

（2）適當加大工作面長度和推進長度以減少搬家頻次，為綜采工作面快速連續開采創造條件；工作面巷道采用多巷布置、矩形斷面、錨梁網索支護、綜掘機掘進，以提高掘進速度，保證工作面的接替要求；

（3）輔助運輸系統要求系統簡單，環節少，能快速搬家，能把工作人員快速方便地運送至工作地點，并在巷道布置上加以保證；

（4）設備盡量與鄰近礦井相近，以達到晉煤集團各礦井設備、管理、技術、人員共享，可最大限度地降低采購檢修及備品備件成本，提高備件供應及時性，降低設備使用風險；

（5）在充分考慮機械設備服務年限的基礎上，著重考慮前期開采盤區煤層條件，同時也應兼顧后期盤區的開采條件。

3.2 主要設備選型

3.2.1 采煤機

隨著綜采工作面裝備水平的提高和礦井生產能力的增大，采煤機選型有向大截深、高速度、大功率發展的趨勢。根據本區煤層條件，采煤機選型應滿足以下要求：（1）煤層厚度大、硬度大、含夾矸，應選用大功率采煤機；（2）煤機截割效率高，裝煤效果好；（3）牽引速度快，穩定性好，操作安全，采用可遙控的電牽引采煤機。

根據以上技術要求，根據采煤機參數計算結果，并結合地質條件、煤層賦存情況、相鄰礦井現有采煤設備使用情況，設計選用SL500型電牽引雙滾筒采煤機，配破碎滾筒、擋矸與防倒防滑等裝置。其主要參數如表1所示。

表1 SL500型電牽引雙滾筒采煤機參數

3.2.2 液壓支架

液壓支架是綜采工作面主要設備之一。目前國際長壁工作面液壓支架基本向兩柱掩護式寬架型高阻力大流量電液控制方向發展，約占全部架型的90%。國內外長壁工作面的生產經驗表明，液壓支架是工作面裝備中投資最多的設備，約占60～70%，因此把支架的可靠性放在首位，不但要穩定可靠，故障率低，而且使用壽命要長。近年來液壓支架向重型化發展，支架工作阻力均逐年增加。

北一盤區內煤層埋深700～900m，煤層頂板一般為泥巖、砂質泥巖及粉砂巖，采煤工作面采高大，因此，借鑒國內外高產高效工作面開采經驗，大采高工作面選用穩定性較好的兩柱掩護式液壓支架，頂梁前端可調并帶護幫板，底座為帶提底座千斤頂的加長剛性底座。根據以上液壓支架參數計算結果，設計選用ZY12000/28/62D型支撐掩護式液壓中間支架，配三級護幫、防倒滑調架油缸、提底座裝置等，其主要參數如表2所示。

表2 ZY12000/28/62D型支撐掩護式液壓支架主要參數

3.2.3 其他設備

乳化液泵站要保證其液壓系統與所選擇的液壓支架系統相匹配，達到移架速度的要求；工作面膠帶輸送機要與工作面推進長度及生產能力相適應，設計選用DST140/250/2×400型可伸縮帶式輸送機；其他設備超前支護材料、煤層注水鉆機、煤層注水泵和供配電列車等設備可以在滿足設計參數條件下使用國產或其他國外設備。

4 結語

鄭莊礦井是在建的現代化特大型礦井，具有生產過程高度集中、工作面生產能力大等特點。為達到礦井高效安全生產的目標，本文在充分考慮鄭莊礦井工程地質條件的基礎上，進行采煤方法和設備選型研究。研究表明本礦井在煤層傾角大于15°、煤層厚度大于5.0m的俯斜工作面進行綜合機械化開采是可行的，同時通過計算選用了滿足該礦井生產要求的采煤配套設備，為類似的大傾角厚煤層開采提供一定借鑒。